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Projet de Fin d’Etudes - Juin 2012 - Olivier TAEtude et pré-dimensionnement des ponts routiers de structure bois

Projet de Fin d’EtudesEtude des ouvrages d’art en bois : conception

d’un pont routier de structure mixte bois-béton

Auteur : TA Olivier

INSA Strasbourg, Département GCT, Spécialité Génie Civil, Option Construction

Tuteur Entreprise : VIOLE Jean-Marc

Directeur du pôle Ouvrage d’Art, Artelia Ville et Transport

Assisté de : DE GAIL Stéphane,

Ingénieur structure, Artelia Ville et Transport

Tuteur INSA Strasbourg : SCHAEFFER Claude

Professeur de Génie Civil

Juin 2012

Projet de Fin d’Etudes - Juin 2012 - Olivier TAEtude des ouvrages d’art en bois : conception d’un pont routier de structure mixte bois-béton

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RemerciementsEn premier lieu, je voudrais remercier Stéphane DE GAIL, ingénieur structure qui m’a suividurant l’ensemble du projet de fin d’études. Il a été d’une grande aide en m’épaulant dans monprojet de recherche. Je tiens donc à lui exprimer ma reconnaissance pour sa gentillesse, sadisponibilité et l’ensemble de ses explications.

Je souhaite ensuite remercier mon tuteur entreprise Jean Marc VIOLE, directeur du pôleOuvrages d’Art qui m’a accueilli dans ses bureaux et Nastaran VIVAN, directrice dudépartement Infrastructures pour m’avoir donné l’opportunité de travailler sur un projet derecherche extrêmement enrichissant.

Aussi, j’aimerai remercier Christian POUMEAU, directeur de projets qui m’a apporté par sonexpérience dans le domaine, un nombre important de conseils toujours pertinents.

Par ailleurs, je remercie l’ensemble du personnel d’ARTELIA Ville & Transport (départementInfrastructures et DTM), basé à Antony dans lequel j’ai pu évoluer et apprécier travailler. Lesconseils et aides de certains m’ont permis d’avancer considérablement.

Mes remerciements vont également à l’équipe pédagogique de l’INSA qui m’a aidé durant laréalisation de ce projet : Claude SCHAEFFER, tuteur INSA et Stéphanie HAUSSER, secrétaire dudépartement Génie Civil.

En outre, je tiens à remercier les professionnels contactés durant le stage et toutparticulièrement Vincent BRUN et Fabien RENAUDIN du CETE de l’EST rencontrés dans lecadre de mon projet.

Mes derniers remerciements vont aux relecteurs du rapport dont les conseils ont été très utiles.


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RésuméDans un contexte propice au développement durable, le bois fait partie d’une des valeurs sûresen tant que matériaux de construction. Alors qu’il fait ses preuves dans le bâtiment, le bois estdélaissé dans le domaine des ouvrages d’art en France. Cependant, l’idée pourrait séduire deplus en plus les maîtres d’ouvrages sensibles aux problématiques environnementales. Ce Projetde Fin d’Etude propose une étude générale des ouvrages d’art en bois en déterminant lescaractéristiques principales utiles à leur conception. Il sera illustré par la conception d’un pontroutier de structure mixte bois-béton : solution simple et innovante, elle pourrait constituer unpont courant pouvant être développé à grande échelle. Fonctionnant en structure mixte, lespoutres en bois lamellé collé, connectées au hourdis béton reprennent les charges routièrestypiques. En outre, pour avoir une vision critique de la solution proposée, une étudecomparative déterminera ses avantages et inconvénients par rapport à une variante en poutresPRAD et à poutrelles enrobées. Ils seront classés selon leurs coûts, leur mise en œuvre, leurentretien et leurs impacts environnementaux.

Mots clésMatériau bois, construction mixte bois/béton, ouvrages d’art routier, développement durable

AbstractIn an environment conducive to sustainable development, the wood is one of the main buildingmaterials. Often used in the buildings, the wood is not so much used in the field of engineeringstructures in France. However, the idea could attract more and more building owners who aresensitive to environmental issues. This end-of-study project deals with a general study ofwooden structures by determining the main characteristics of it. Then, this study will beillustrated by the design of a wood-concrete-composite bridge: a simple and innovativesolution, it could be developed as a large-scale standard bridge. As a composite structure (theglued laminated timber is connected to the concrete slab) it supports the Eurocode's trafficloads. Besides, to have a critical view of the developed solution, a comparative study willdetermine its advantages and disadvantages by comparing it to a prestressed girders bridgeand a steel girder bridge. They will be classified according to their costs, execution,maintenance and environmental impact.

Key wordsWood material, wood-concrete composite construction, high traffic bridge, sustaineddevelopment


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SOMMAIRE

Introduction ................................................................................................................................ 7

1 L’étude des ouvrages d’art en bois : un pari d’avenir ............................................................ 8

1.1 Le contexte actuel ........................................................................................................ 8

1.1.1 Un développement en utilisation structurelle ralenti en France ............................. 8

1.1.2 Un contexte propice au renouveau du bois ............................................................ 8

1.1.3 Stratégie du groupe .............................................................................................. 9

1.2 Présentation d’ARTELIA ............................................................................................. 10

1.2.1 Historique ............................................................................................................ 10

1.2.2 Domaines d’activités et métiers ........................................................................... 10

1.2.3 Département Infrastructure et transport .............................................................. 11

2 Conception d’ouvrages d’art en bois dans le génie civil ...................................................... 12

2.1 Le matériau bois ......................................................................................................... 12

2.1.1 Origine et formation du bois ................................................................................ 12

2.1.2 Organisation structurelle ..................................................................................... 12

2.1.3 Caractéristiques générales ................................................................................... 15

2.2 Caractéristiques d’un ouvrage d’art en bois .................................................................20

2.2.1 Type de structure .................................................................................................22

2.2.2 Durée de vie ......................................................................................................... 23

2.2.3 Le matériau .......................................................................................................... 23

2.2.4 La durabilité ......................................................................................................... 30

2.2.5 Synoptique de conception.................................................................................... 36

2.2.6 Développement durable....................................................................................... 37

3 Etude d’un pont routier mixte bois/béton ........................................................................... 40

3.1 Présentation du projet ................................................................................................40

3.1.1 La variante bois développée .................................................................................42

3.1.2 Variantes de comparaison .................................................................................... 43

3.2 Pont mixte bois/béton ................................................................................................. 43

3.2.1 Pré-dimensionnement du pont en bois ................................................................ 43

3.2.2 Solution mixte bois/béton retenue ....................................................................... 55

3.3 Pont à poutres PRAD ................................................................................................. 60

3.4 Pont à poutrelles enrobées......................................................................................... 60

3.5 Bilan comparatif .......................................................................................................... 61

3.5.1 Coût ..................................................................................................................... 61

3.5.2 Mise en œuvre et entretien ..................................................................................62

3.5.3 Impact environnemental ......................................................................................62


5

3.5.4 Aspect architectural ............................................................................................. 67

3.5.5 Tableau récapitulatif et bilan comparatif ............................................................. 68

Conclusion ................................................................................................................................ 71

Bibliographie............................................................................................................................. 72

Annexes .................................................................................................................................... 74

Liste des figuresFigure 1 – Evolution de la surface forestière française (source : Revue forestière française) ....... 9

Figure 2 – Organisation du secteur Ville et transport ................................................................. 11

Figure 3 – Structure macroscopique d’un tronc d’arbre ............................................................. 13

Figure 4 – Directions du plan ligneux ......................................................................................... 14

Figure 5 – Organisation interne d’un résineux (source : Mägdefrau, 1951) ................................. 14

Figure 6 – Organisation interne d’un feuillu (source : Mägdefrau, 1951) .................................... 15

Figure 7 – Parois cellulaires des trachéides (source : [5]) ............................................................ 15

Figure 8 – Loi de comportement du bois en traction et compression (direction longitudinale) .. 16

Figure 9 – Equilibre hygroscopique du bois en France, température été/hiver (source : LCPC) .. 17

Figure 10 – Evolution des dimensions d’une pièce en bois par rapport à l’humidité ................... 18

Figure 11 – Essences recommandées selon la classe d’emploi (source : SETRA) ........................ 25

Figure 12 – Zone de disponibilité du Douglas (source : IFN) .......................................................26

Figure 13 – Zone de disponibilité du pin sylvestre (source : IFN) ................................................26

Figure 14 – Zone de disponibilité de l’épicéa (source : IFN) ........................................................ 27

Figure 15 – Zone de disponibilité du Mélèze (source : IFN) ........................................................28

Figure 16 – Dégâts des coléoptères à larves xylophages............................................................ 31

Figure 17 – Départements les plus affectées par les termites (source : MEDDL) ........................ 31

Figure 18 – Dégâts des termites dans un tronc en bois massif ................................................... 32

Figure 19 – Bleuissement du bois .............................................................................................. 32

Figure 20 – Pourriture cubique (à gauche) et fibreuse (à droite) ................................................ 33

Figure 21 – Exigences minimales de pénétrations (source : SETRA) .......................................... 34

Figure 22 – Synoptique de conception d’un ouvrage d’art en bois ............................................. 36

Figure 23 – Certifications PEFC et FSC ...................................................................................... 38

Figure 24 – Gestion et recyclage du bois ................................................................................... 39

Figure 25 – Localisation du PS4079 ........................................................................................... 41

Figure 26 – Coupe longitudinale de l’ouvrage actuel ................................................................. 41

Figure 27 – Vue en plan de l’ouvrage actuel ...............................................................................42

Figure 28 – Comparaison du cas de charge d’exploitation simplifié (ST1) ................................. 47

Figure 29 – Sections considérées dans les calculs mixtes.......................................................... 49


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Figure 30 – Structure mixte bois/béton ..................................................................................... 50

Figure 31 – Structure mixte bois/acier ....................................................................................... 52

Figure 32 – Coupe transversale de la variante mixte bois/béton ................................................ 55

Figure 33 – Connexion bois-béton ............................................................................................. 56

Figure 34 – Continuité sur pile ................................................................................................... 56

Figure 35 – Détail de l’about de tablier ...................................................................................... 57

Figure 36 – Phasage de réalisation ............................................................................................ 59

Figure 37 – Coupe transversale de la variante à poutres PRAD ................................................. 60

Figure 38 – Caractéristiques géométriques des poutrelles ........................................................ 61

Figure 39 – Coupe transversale de la variante mixte acier/béton ............................................... 61

Figure 40 – Décomposition de l’énergie primaire totale suivant les normes ............................. 64

Liste des tableauxTableau 1 – Valeurs moyennes des caractéristiques mécaniques du bois [3] ............................. 17

Tableau 2 – Rétractabilité du bois ............................................................................................. 19

Tableau 3 – Définition des classes de service selon l'EC5-1-1 (§2.3.1.3) ...................................... 19

Tableau 4 – Récapitulatif des ponts routier en bois de France ................................................... 21

Tableau 5 – Gamme de portées des ponts de structure bois français .........................................22

Tableau 6 – Classe d'emploi ou classe de risque des bois ..........................................................24

Tableau 7 – Caractéristiques des bois massifs résineux (NF EN 338) ..........................................28

Tableau 8 – Caractéristiques des bois massifs feuillus (NF EN 338) ............................................29

Tableau 9 – Classe du BLC en fonction de celle des lamelles .....................................................29

Tableau 10 – Caractéristiques des bois lamellés collés (NF EN 1194) ......................................... 30

Tableau 11 – Réglementation des convois exceptionnels (Code de la route) ............................. 58

Tableau 12 – Coûts totaux des variantes ................................................................................... 61

Tableau 13 – Coûts totaux des tabliers ......................................................................................62

Tableau 14 – Caractéristiques des matériaux issus des FDES..................................................... 63

Tableau 15 – Les trois variantes de comparaison ...................................................................... 64

Tableau 16 – Impacts environnementaux des trois variantes..................................................... 65

Tableau 17 – Caractéristiques des deux essences de bois ......................................................... 66

Tableau 18 – Impact environnementaux de deux essences de bois lamellés collés .................... 67

Tableau 19 – Elancement des trois variantes ............................................................................. 67

Tableau 20 – Bilan comparatif des trois variantes .................................................................... 68


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Introduction

Dans le cadre du projet de fin d’étude concluant ma formation à l’INSA de Strasbourg enspécialité Génie Civil, j’ai effectué un stage au sein du groupe ARTELIA Ville & Transport dans ledépartement Infrastructures, pôle Ouvrage d’Art. Il s’est déroulé du 30 janvier 2012 au 15 juin2012 et porte sur l’étude des ouvrages d’art avec le matériau bois.

Le Projet de Fin d’Etudes (PFE) rentre concrètement dans le domaine des ouvrages d’art et al’avantage d’être un sujet de recherche assez vaste tout en réalisant une étude de cas sur unprojet réel par la suite.

Dans le contexte actuel, les ponts en bois routiers sont rares et ne représentent que 0,005% surla totalité des ponts de France. En effet, les préjugés sur le matériau et la concurrence rude dubéton et de l’acier sont principalement les causes de leur faible proportion. Le bureau d’étudequi m’accueille, n’ayant qu’une référence dans le domaine (le pont de Merle en Corrèze, 1999) ala volonté de développer ce sujet jusqu’alors inconnu pour la plupart des ingénieurs. Ainsi, lePFE tentera de répondre à la problématique suivante : dans un contexte propice audéveloppement durable, existe-t-il une solution viable utilisant le matériau bois ?

Pour répondre à cette question, le stage a commencé par une recherche bibliographique sur lesprincipaux ouvrages routiers français en structure bois répertoriés par la suite dans un tableaurécapitulatif. Le but a été de voir quel type de structures existait, ainsi que les portées usuellespour ce matériau. En parallèle, une recherche sur les propriétés générales du matériau a étéeffectuée dans le but d’établir un pré-guide sur le bois.

Cette étape a permis de tirer une première conclusion concernant le type d’ouvrage àdévelopper par la suite. En accord avec les responsables du stage, le projet s’est orienté vers laconception d’un pont mixte en bois béton et la création d’un outil de calcul à l’Eurocode 5permettant de le pré-dimensionner.

Le test de l’outil a été réalisé sur un projet en cours d’études dont la portée maximale atteignait31m. Cependant, la section de bois était trop importante pour respecter le gabarit du site. Lechoix s’est donc porté vers un passage supérieur à deux travées de longueurs 18,60 et 20,50mréalisé sur l’autoroute A65 en structure à poutres PRAD.

Une fois la solution bois développée et dans l’optique d’avoir une vision extérieure au projet,des échanges ont eu lieu avec des professionnels du domaine sur divers points : technique(CETE de l’EST), écologique (responsable développement durable du groupe) et architectural(B+M Architecture). Avec cette vision globale, la dernière partie du projet a permisd’approfondir l’étude tout en réalisant un bilan comparatif avec une solution béton PRAD et unesolution à poutrelles enrobées.

Pour synthétiser l’ensemble de l’étude, le mémoire qui suit s’orientera en trois parties : lapremière présentera le contexte actuel et les attentes d’ARTELIA, la seconde fera office de pré-guide de conception pour les ponts routiers en bois, et la dernière étudiera le cas concret d’unouvrage en bois/béton en le comparant à d’autres variantes (PRAD et poutrelles enrobées).


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1 L’étude des ouvrages d’art en bois : un pari d’avenir

1.1 Le contexte actuel

1.1.1 Un développement en utilisation structurelle ralenti en France

Le bois est aujourd’hui un matériau peu reconnu en France dans le monde des travaux publics etplus particulièrement dans celui des ouvrages d’art. En effet, on note seulement une dizaine deponts routiers de structure bois sur les 200 000 existants en France1, ce qui représenteseulement 0,005% de la totalité des ponts. Les références manquent, ainsi que ladocumentation technique, n’arrangeant pas son développement. Une partie des Eurocodes sedestine aux ponts en bois (NF EN 1995-2) mais reste encore très abstrait. Mais pourquoi cettefaible proportion de pont en bois alors que des pays comme le Canada, les Etats-Unis (où 7%des ponts sont en bois), la Suisse ou les pays nordiques en développent par centaines ?

Plusieurs raisons peuvent expliquer ce constat. Jusqu’au XIVe siècle [1], les ponts étaientsouvent réalisés avec ce matériau disponible à souhait et facile à utiliser dans le domaine de laconstruction. C’est l’avènement de la pierre qui a peu à peu mis fin à son utilisation. Ce dernier,plus cher au premier abord, avait cependant l’avantage de ne nécessiter aucun traitement par lasuite. L’utilisation du bois a d’autant plus diminué que deux autres facteurs ont fait leurapparition : le recul des surfaces boisées par rapport au nombre d’habitants et surtoutl’avènement du béton et de l’acier au XXe siècle. C’est durant toutes ces décennies que leshabitudes des maîtres d’ouvrage français ont changé, allant même jusqu’à oublier les propriétésmécaniques intéressantes du bois : s’il est utilisé dans sa meilleure configuration, il a un rapportrésistance/poids supérieur à l’acier et meilleur à celui du béton.

Le bois n’est donc pas développé en France à cause de raisons culturelles. A cela s’ajoute lesraisons économiques puisqu’en l’absence de marché, un pont en bois coûte de 10 à 15 % pluscher1 que son équivalent béton.

1.1.2 Un contexte propice au renouveau du bois

Pratiquement oublié, le matériau refait surface dans le domaine des ouvrages d’art grâce aucontexte actuel de développement durable. En effet, son grand avantage réside dans sespropriétés naturelles lui permettant de stocker le dioxyde de carbone participant auréchauffement climatique terrestre. Il est question d’environ une tonne de CO2 stockée parmètre cube de bois alors que des matériaux tels que l’acier, l’aluminium et le béton rejettentbeaucoup de dioxyde de carbone lors de leur production et leur mise en œuvre. Par ailleurs, lebois est aussi considéré comme matériau renouvelable s’il provient de forêts certifiées qui ontune production croissante d’arbres au fil des années (figure 1).

1 Le Moniteur n°5608, 20/05/11 p42-46


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Figure 1 – Evolution de la surface forestière française (source : Revue forestière française)

1.1.3 Stratégie du groupe

C’est donc dans ce contexte qu’ARTELIA Ville et Transport dont le pôle Ouvrages d’Art n’aqu’une référence dans le domaine (Pont de Merle, 1999), a eu la volonté d’investir dans larecherche concernant les ouvrages de structure bois.

La principale volonté du groupe est de répondre lors de futures offres en considérant cematériau peu commun. Il pourrait proposer une variante ressortant du lot à des Maîtresd’ouvrage de plus en plus sensibles au développement durable. Cette problématique pourraitêtre à l’avenir très porteuse dans le monde de la construction.

Au vue des premières recherches, le groupe semble avoir visé juste puisque de plus en plus dedocuments sortent dans la littérature sur le sujet, destinés à développer la filière. Ainsi, desguides du SETRA et du LCPC ont été rédigés il y a quelques années et deux guides de référencesverront le jour fin 2012-début 2013 : un « Guide de conception des ouvrages d’art en bois » (Ed.AFGC) et un guide méthodologique intitulé « Ponts mixtes bois/béton. Application aux pontsroutes » (Ed. Cete de l’est/SETRA).

Le sujet proposé par ARTELIA est segmenté en deux grandes parties :

une première concernant la recherche bibliographique sur les ouvrages d’art enbois et un retour d’expérience sur différents critères pouvant aider à une futureconception ;

une seconde établissant un outil de calcul Eurocode permettant de comparerpour un même projet, une structure bois à une structure mixte ou en béton.


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1.2 Présentation d’ARTELIA

1.2.1 Historique

ARTELIA est issu de la fusion de COTEBA et de SOGREAH datant du 30 mars 2010. C’est ungroupe qui se veut être le leader européen de l’ingénierie indépendante en ayant pour activitéprincipale l’ingénierie, le management de projet et le conseil.

COTEBA a été créée en 1961 et s’est développé tout d’abord dans le groupe de la Générale desEaux (Vivendi puis Véolia). Il a été un des précurseurs du développement du management deprojet dans les domaines de la construction. En cessant sa filiation avec Nexity en 2003 à l’aided’un Leverage Management Buy Out (LMBO), COTEBA devient alors indépendant puisquel’encadrement du groupe détient la majorité du capital (association tout de même avec deuxinstitutions financières). En acquérant les activités de Thales Engineering & Consulting (THEC)en bâtiment, infrastructure et transport, le groupe se permet de devenir un major du domainede l’ingénierie des transports et des infrastructures. En 2007 avec l’aide d’un second LMBO,l’ensemble du capital est détenu par les dirigeants et salariés de COTEBA. Le groupe poursuitensuite son développement à l’international (Amérique latine, Afrique du Sud, Canada) et offredes services dans les domaines des PPP en bâtiment.

SOGREAH a été fondée en 1955 grâce au constructeur de turbines Neyrpic qui développait unlaboratoire interne à Grenoble pour l’étude des aménagements hydrauliques. Après avoiracquis de l’expérience au sein du groupe Alsthom dans les secteurs de l’eau, de l’énergie, del’environnement, du maritime, de l’industrie et de la ville, l’entreprise est devenueindépendante à la suite d’un LMBO en 1998. Avec une équipe dirigeante forte, sondéveloppement national et international s’est fortifié jusqu’à multiplier par trois son chiffred’affaire.

1.2.2 Domaines d’activités et métiers

Depuis le 30 mars 2010, les deux ingénieristes indépendant ont fusionné pour prendre le nomd’ARTELIA. Le récent groupe se développe actuellement dans des domaines d’activitésdifférents, répartis en quatre grands secteurs (Ville & Transport, Bâtiment & Industrie, Eau &Environnement et Réseau International) :

- Le bâtiment- L’eau- L’énergie- L’environnement- L’industrie- Le maritime- Les transports- La ville- Les multi-sites

Les principaux métiers qu’exerce le groupe sont :

- Le management de projet : travailler pour les clients dans le but d’optimiser et desécuriser les coûts, le délai d’exécution et la qualité d’un projet. Aussi, des notionscomme le développement durable et la sécurité prennent part au travail des ingénieurs

- L’ingénierie : consiste en la conception et l’accompagnement en phase de réalisationd’un projet par une équipe de collaborateurs multidisciplinaires

- Le conseil, l’audit et la formation : ce métier regroupe les phases d’assistance,d’orientation et d’accompagnement des clients tout au long d’un projet. L’exerciceallant des études de faisabilités jusqu’à la réception des ouvrages réalisés.


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1.2.3 Département Infrastructure et transport

Dans le secteur Ville et Transport figurant parmi les trois domaines d’activités principauxd’ARTELIA, la branche Transport et Infrastructure est subdivisée en plusieurs départementsdont celui des Infrastructures dans lequel se trouve le pôle Ouvrage d’Art. C’est dans cettedernière entité que j’effectue mon Projet de Fin d’Etude sous la tutelle du responsable de pôle,M. Jean-Marc VIOLE.

Figure 2 – Organisation du secteur Ville et transport

L’ensemble du pôle Ouvrage d’Art est basé à Antony (Hauts-de-Seine), et travaille encollaboration avec les autres entités du département Infrastructures.

Le métier principal des employés du bureau (assistants, ingénieurs, projeteurs) est la maîtrised’œuvre de conception et d’exécution.

Suivant l’évolution de chaque projet, ils peuvent se consacrer aux missions de bases en marchépublic (loi MOP) ou privé qui sont les études de faisabilité, l’AVP (Avant Projet), le PRO (Projet)ou l’EXE (Exécution : visa et suivi d’exécution).

Lors d’un projet, un responsable de mission est assisté suivant la complexité de la demande, parplusieurs ingénieurs spécialistes (en structure, aménagements urbains, géotechnique…), ainsique par des projeteurs et des assistants.

Bâtiment et Industrie

Tristant Legendre

Réseau International

Pierre Maillet

Eau et Environnement

Marc Giroussens

Ville et Transport

Denis Bertel

Eau et Aménagementurbains

Jean-Louis Aude

Transport etInfrastructure

Benoît Baudry

Transport

Etienne Rousselet

Infrastructure

Nastara Vivan

Infrastructureslinéaires

Alexandre Bédin

Ouvrage souterrains &tunnels

André de Goyon

Ouvrages d'art

Jean Marc Viole

Aménagement etGénie Civil Urbains

Frédéric Ghoulmié

Ville et transport Sud-Ouest

Nastaran Vivan

Gestion desinformations et des

infrastructures

Yéhia Khalifé

Conseil en Système detransport Intelligent

Jean Bergounioux

DéveloppementTerritorial & Mobilité

Laurent Vigneau

Région Ouest

Serge Prudhomme

Régions Méditerranée

Dominique Volot

Région Nord & Est

Stephan Dominci

Région Rhône-Alpes

Hean-Luc Attia

Secteurs

Branches

Départements

Pôles


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2 Conception d’ouvrages d’art en bois dans le génie civil

La deuxième partie du mémoire a pour objectif de présenter les grandes propriétés du matériaupour ensuite tirer les étapes essentielles d’une conception d’un ouvrage d’art en bois.

2.1 Le matériau bois

2.1.1 Origine et formation du bois

Tout matériau a une origine. En ce qui concerne le bois, celui-ci vient de l’arbre fournissantdepuis l’origine de l’espèce végétal, un matériau structurel et naturel unique en son genre.L’ensemble de cette partie s’attardera sur l’origine et la formation du bois.

2.1.1.1 Famille des spermaphytes

Le bois issu de l’arbre, fait partie de l’espèce des végétaux. Ernst Mayr a défini en 1942 cequ’était une espèce : « un ensemble de populations naturelles dont les individus peuventpotentiellement échanger du matériel génétique ».

C’est donc le cas des arbres, appartenant au règne végétal. Ils font partie de la famille desspermaphytes (plantes se reproduisant à l’aide de fleurs et de graines). A l’intérieur de ceux-ci, ilexiste deux sous familles:

Les angiospermes (feuillus) où les graines sont entourées d’un fruit : chêne,hêtre, châtaignes, peuplier…Les gymnospermes (résineux) où les graines ne sont pas entourées d’un fruitmais stockées dans des cônes formés d’écailles: sapins, épicéas, douglas, pins…

2.1.2 Organisation structurelle

2.1.2.1 Organisation macroscopique

Les arbres possèdent principalement trois organes distincts : les racines, la membrure (tronc,branches, rameaux) et les feuilles. Dans le domaine de la construction, et ce pour tout lemémoire qui suit, nous nous intéresserons seulement à la partie la plus utilisée : le tronc.

Partant de l’intérieur vers l’extérieur, il est constitué des zones suivantes :


13

Figure 3 – Structure macroscopique d’un tronc d’arbre

- La moelle qui est situé au centre de l’arbre disparait au fur et à mesure que l’arbregrandit laissant place à un canal infime dans le tronc ;

- le bois parfait (ou duramen quand il est distinguable de l’aubier) : la zone la pluscentrale constituée de plusieurs cernes d’accroissement claires et sombre de manièrealternée. Les cercles clairs constituent l’accroissement durant le printemps, le bois y estplus humide. Les cercles sombres caractérisent le bois d’été où la sécheresse pèse sur lematériau : le bois moins poreux y est plus dur ;

- l’aubier : la zone extérieure en périphérie du duramen est plus claire mais alternée de lamême manière. Sa couleur est du au fait de sa récente création ;

- le cambium : c’est l’interface entre l’aubier et la couche suivante le liber. Il a pourfonction de se diviser pour fabriquer les couches successives de bois.

- le liber (écorce intérieure) est très poreux ;- le suber (écorce extérieure) est constitué de cellules de liber servant à la protection du

tronc de l’arbre.

Il est important de noter que la composition du tronc diffère suivant les essences de bois. Eneffet, la répartition de leurs fonctions naturelles indispensables (circulation de l’eau et dessubstances nutritives) peut varier : certains se situent dans l’aubier, d’autres dans le duramen oule bois parfait. On distingue plusieurs dénominations pour certaines essences qui déterminentla partie la plus résistante:

Essences de bois DénominationTilleul et bouleau Bois d’aubierSapins, épicéas, hêtres Bois parfaitChênes, pins, mélèzes, robiniers Bois de duramen

2.1.2.2 Deux structures anatomiques différentes

Le bois est un matériau composite naturel. Il est composé d’une matrice en lignine ethémicellulose et de renforts en fibres de cellulose.

libersuber

moelle

duramenaubiercambium


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L’organisation du matériau est spécifique et est agencé selon un plan appelé plan ligneux. Surcelui-ci, il existe trois directions principales:

- la direction longitudinale (direction de la croissance de l’arbre) comporte des élémentslongs

- la direction radiale (direction perpendiculaire) comporte des éléments courts- la direction tangentielle

Figure 4 – Directions du plan ligneux

Selon le type de bois (résineux ou feuillus), le rapport des éléments constitutifs des directionslongitudinale et radiale diffère comme le détaille les deux paragraphes suivants.

2.1.2.2.1 Sous famille des résineux

Dans la sous famille des résineux (plus ancien dans l’évolution des arbres), la structure cellulairedu bois est la plus simple. Les cellules longitudinales (trachéides) sont majoritaires et procurentla résistance du matériau (conduction et soutien mécanique). Leur diamètre est de l’ordre de 30à 40 m, et leur longueur peut aller jusqu’à 7mm. Ce type de cellules permet de transporter lasève qui y circule par capillarité. Elle passe par des ponctuations (interface entre chaque cellule)et lorsque l’une d’elle est obstruée, la sève ne circule plus. C’est le phénomène deduraminisation, soit la transformation de l’aubier en duramen.

Figure 5 – Organisation interne d’un résineux (source : Mägdefrau, 1951)

R (radiale)

L (longitudinale)

T (tangentielle)

Sectiontangentielle

Sectionradiale

Sectiontransversale


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2.1.2.2.2 Sous famille des feuillus

Chez les feuillus (plus récent dans l’évolution des arbres), la structure est plus complexe, lesfibres ligneuses en association avec les vaisseaux assurent la conduction des substances et larigidité de la structure

.

Figure 6 – Organisation interne d’un feuillu (source : Mägdefrau, 1951)

2.1.2.3 Origine de la résistance du bois

Figure 7 – Parois cellulaires des trachéides (source : [5])

Les résistances mécaniques du bois proviennent principalement des parois cellulaires destrachéides. Elles sont constituées de fibres de cellulose accrochées les unes aux autres par unliant d’hémicellulose et de lignine. La structure de chaque couche successive étant différentes(orientation des fibres dans des directions réticulaire, en angle obtus ou en angle aigus), c’est lacomplémentarité de chacun et leur composition chimique qui donne les résistances siparticulières au matériau.

2.1.3 Caractéristiques générales

2.1.3.1 Loi de comportement

Selon la direction longitudinale, la loi de comportement du bois en compression et traction estla suivante :


16

Figure 8 – Loi de comportement du bois en traction et compression (direction longitudinale)

On peut voir que le comportement en compression du bois est ductile, alors qu’il est fragile entraction dans le sens longitudinal. En compression, il peut atteindre une résistance de 50 MPapour certains bois massif et jusqu’à 100 MPa en traction. Cependant, les singularités dans lematériau (nœuds, poches de résines, gerces, roulures) influent énormément sur lessollicitations en traction si bien que sa valeur de dimensionnement en traction est au finalinférieure à celle en compression.

2.1.3.2 Anisotropie

Une des particularités du bois par rapport au béton et à l’acier est son anisotropie. Le matériau aen effet des résistances différentes selon la direction étudiée. Cela est dû à l’organisationstructurelle étudiée précédemment.

Par exemple, les résistances et rigidités sont plus importantes dans la direction longitudinale(celle des fibres) mais plus faible dans le plan perpendiculaire (direction radiale et tangentielle).Ainsi, la structure en forme de tube est favorable à une forte résistance en compression,traction et flexion.

Par conséquent, les propriétés du bois (résistances et rigidités) dépendent directement de cetteanisotropie.

Il faut aussi prendre en compte d’autres paramètres propres à chaque arbre tels que lessingularités anatomiques ou la densité. Ce dernier point dépend considérablement del’environnement où l’arbre s’est développé (localisation géographique : plaine/montagne,orientation nord/sud, le niveau d’ensoleillement, la nature du terrain, l’irrigation…).

Ainsi, les caractéristiques mécaniques principales du bois ont les valeurs moyennes suivantes :

Feuillus RésineuxDensité 0,65 0,45Module d’élasticité (MPa)E longitudinal EL 14 400 13 100E radial ER 1 810 1 000E tangentiel ET 1 030 636Module de cisaillement (MPa)GTL 970 745


17

GLR 260 861GRT 366 84

Tableau 1 – Valeurs moyennes des caractéristiques mécaniques du bois [3]

La norme NF EN 338 - tableau 1 (cf. Annexe 1) définit plus précisément les caractéristiques desbois selon leur classe de résistance.

2.1.3.3 Humidité

L’humidité dans le bois est un facteur important affectant les caractéristiques fondamentalesdu matériau. En règle générale, plus l’eau est présente dans le bois, plus les résistancesmécaniques et les modules de déformation sont faibles. En effet, la cellulose et l’hémicellulosesont deux polymères hygroscopiques (substances qui ont tendance à absorber ou restituer l’eausuivant l’humidité de l’air).

Pour étudier ces conséquences, il est important d’expliquer d’abord le fonctionnement dumatériau vis-à-vis de l’eau.

Le bois est constitué de manière non négligeable d’eau. Il faut distinguer trois formesd’eau présente à l’intérieur du matériau :

- l’eau libre : occupant les vides cellulaires (vaisseaux ou trachéides),

- l’eau liée : imprégnant les groupements hydroxyles de la cellulose (tissus de la paroi)

- l’eau de constitution : composant chimique des hémicelluloses et de la lignine

L’humidité du bois est défini selon la formule suivante :

(%) =

Avec :

: masse du bois humide: masse du bois anhydre

Si un bois venait à sécher à l’air libre (sans contact direct avec l’eau), une carte du FCBA donneune valeur approximative du taux d’humidité d’un bois à l’extérieur :

Figure 9 – Equilibre hygroscopique du bois en France, température été/hiver (source : LCPC)


18

D’après cette carte, l’humidité varie entre 10 et 22%. Pour avoir une valeur plus précise, unabaque hygroscopique du bois peut être utilisé (cf. Annexe 2). A ce stade, l’humiditéhygroscopique est pratiquement indépendante du type de bois considéré.

L’humidité du bois peut être mesurée de différentes manières (cf. NF EN 13183) :

Par pesée d’un échantillon (avant et après séchage)

Par mesure de la résistivité électrique (mesure du courant électrique entre deux points)

Par mesure capacitive (mesure d’un champ diélectrique par simple contact)

Lorsque l’on coupe un arbre, l’humidité du bois est en moyenne de 80%. Il faut ensuite le sécherpour utiliser le bois avec le meilleur rendement possible. Il passe à travers plusieurs étatsdifférents2 : vert, mi-sec, commercialement sec, sec à l’air, sec.

Le point de saturation des fibres (PSF) est compris entre 23 et 35%. Il représente l’étape àlaquelle toute l’eau libre a été évacuée. En dessous de cette valeur, le séchage ou la reprised’eau liée influe sur le retrait/gonflement du matériau.

- Plus le taux d’humidité augmente, plus l’eau liée augmente entrainant le gonflement dumatériau (jusqu’au PSF). Cependant, les variations des directions radiales ettangentielles prédominent par rapport à la direction longitudinale devenantnégligeable.

- Lors de la baisse du taux d’humidité, l’inverse se produit : le bois subit un retrait. Ce sonttoujours les mêmes directions qui sont le plus affectées par cette déformation.

On peut lier le retrait à l’humidité par la courbe suivante :

Figure 10 – Evolution des dimensions d’une pièce en bois par rapport à l’humidité

2 NF B 51-002 : « Bois ronds et bois sciés - caractéristiques physiques et mécaniques »

Sec0% Sec àl'air13% Commer-

cialement sec18% Mi-

sec23% VertPSF

Anhydre


19

Avec r : la rétractabilité du matériau, différente selon les essences Il permet d’exprimer lesvariations dimensionnelles d’une pièce en bois lors de l’augmentation de 1% de l’humidité.Comme évoqué plus haut, le retrait longitudinal est négligé face aux autres.

Essences Retraittangentiel

(%)

Retraitradial

(%)

Retraitlongitudinal

(%)Chêne 10 5Hêtre 12 6Epicéa 9 4Douglas 7 4 NégligéIroko 6 4Azobé 11 8Doussié 5 3

Tableau 2 – Rétractabilité du bois

Ce type de phénomène est à prendre en compte dans la mesure où l’humidité du bois estsouvent différente en phase de réalisation et en phase d’exploitation. Phénomène qui engendredes déformations non négligeables à traiter durant la phase d’utilisation. Pour répondre à ceproblème, plusieurs solutions sont envisagées : d’une part, les assemblages doivent êtredimensionnés pour reprendre un certain jeu ; d’autre part, l’humidité de mise en œuvre doit êtrecontrôlée et se rapprocher au plus de l’humidité moyenne d’équilibre : on cherche souvent àavoir l’humidité de service suivante [3]:

+ 1

Vis-à-vis des calculs

Pour prendre en compte ce facteur, l’Eurocode 5 introduit le facteur coefficient desécurité appliqué aux résistances caractéristiques suivant la classe de service du bois :

Classe de service 1 < 12%< 65% (sauf quelques semaines)

Classe de service 2 < 20%< 85% (sauf quelques semaines)

Classe de service 3 > 20%> 85% (sauf quelques semaines)

Tableau 3 – Définition des classes de service selon l'EC5-1-1 (§2.3.1.3)

2.1.3.4 Réaction et stabilité au feu

Le domaine des ponts (espace non confiné permettant de dissiper facilement la chaleur) nenécessite pas de calcul de résistance au feu. Cependant, il pourrait être plus judicieux pour desouvrages comme les tunnels par exemple.

La réaction au feu caractérise la capacité du matériau à s’enflammer et à propager un incendie.Le classement typique définit dans la norme NF EN 13238, va de A1 (incombustible) à F(facilement inflammable). Concernant le bois sans traitement, son classement estgénéralement de D, E et F. Plus le matériau sera dense, plus il résistera au feu.

Avec des traitements spécifiques, le matériau peut atteindre le classement A1, A2 ou B.

La stabilité au feu (capacité de conserver ses résistances mécaniques) peut être évaluée enétudiant la vitesse de progression de la zone carbonisée. Pour le bois, la vitesse est en moyennede 0,7 mm/min. Le matériau est sensible en surface (zone carbonisée) mais tend à résister à une


20

température élevée plus on s’approche du cœur du bois. Ce sont les pièces métalliques de lastructure bois qu’il faut étudier dans la mesure où elles sont moins résistantes.

2.2 Caractéristiques d’un ouvrage d’art en bois

Cette seconde partie servira de pré-guide récapitulant les étapes principales pour la conceptiond’un ouvrage d’art en bois. Celui-ci s’est basé sur le raisonnement effectué tout au long du stagepour arriver à la conception du pont mixte bois-béton (cf. partie 3.).

Retour d’expérience

Avant de définir l’ensemble des caractéristiques principales d’un ouvrage, la première étaperecense l’ensemble des ouvrages d’art routiers en bois afin d’établir un retour d’expérience surleurs caractéristiques principales et faire une première analyse.

Le tableau suivant (plus détaillé en Annexe 3) récapitule la plupart des ponts de structure boistoujours en exploitation.

Remarque : les ponts énumérés ci-après sont tous réalisés en France, l’étude n’a pas porté surles ponts situés à l’étranger. La raison de ce choix est justifiée par les différences notables entreles normes françaises et internationales qui ne peuvent être comparées. Par ailleurs, lematériau bois étant très sensible au climat environnant (température, humidité) qui diffèrenettement entre chaque région du monde, la comparaison entre des ponts en bois français,suisse, canadien ou finlandais nous a semblé inutile pour cette étude.


Nom Longueur totale Portéemaximale Largeur Type Dalle Système porteur Chargement

Coût total(coût lot

bois)Essence de bois Date

Pont sur la Dore deSaint-Gervais-sous-

Meymont(Puy-de-Dôme)

33,26m 33,26 m 9,70m Pont couvert entreillis (Warren) Platelage en chêne treillis en BLC + quelques

assemblages acier

PL, VL, piétons,cycles (pas de

limitation)NC

Pin sylvestre GL28(ossature) + chêne(platelage) + sapinrouge du Nord (GC)

1993

Pont du Tognard

(Isère)14m 14m 4,10m Pont à ferme Dalle béton Ferme en bois rond avec

tendeurs métalliques 30 t 99,1k€(43,4k€) NC 1996

Pont de Merle(Corrèze) 57,70m 18,8m 9,85m Pont à béquilles dalle béton + 5

poutres caissons 6 béquilles BLCPL, VL, piétons,cycles (pas de

limitation)

1403k€(610k€)

Béquille : Douglaspurgé d'aubier,

trottoirs : Azobé,GC: Iroko

1999

Pont des Fayettes(Isère) 27,80m 27,8m 6m Pont couvert en

treillis (Warren)dalle béton + solive

bois treillis Warren en BLCPL, VL, piétons,cycles (pas de

limitation)

671k€(305k€)

Pinsylvestre+tavaillons

de mélèze2000

Pont de l'aire deChavanon(Corrèze)

54,30m27m

(20m entrebéquilles)

10,20m Pont à poutresmixte

Dalle béton nonparticipante 5 nervures en BLC PL, VL, piétons,

cycles NC Douglas Classe 3.C30 et C35 2001

Pont de Crest(Drôme) 91m 33m

(hors béquille) 8 m Pont à béquilles Platelage en chênemassif 4 poutres BLC

VL, piétons,cycles (limité à3,5 t+ 1 camion

de 10t)

1249k€(293k€)

Douglas purgéd'aubier Classe 3 2001

Pont d'Avoudrey(Doubs) 44m 22m 4m Pont à hauban Dalle BA non

connectée4 poutres BLC + 8 câbles

haubansVL, tracteurs,

piétons, cycles (37 k€) Douglas purgéd'aubier 2005

Pont du Bouix(Ardèche) 51m 37,5m NC Pont à ferme Solives en châtaignier

+ platelage bouveté

Poutres +2 fermes triangulées en BLC

+ contreventement

VL (limitation à3,5 T) 219 k€ Châtaigner/Douglas/

Epicéa 2007

Pont de Vocance(Ardèche) 14m 14m 4m Pont à poutres

mixte Dalle béton Poutres en madrier de boisbrut

VL, piétons,cycles

54,9k€(41,2k€) Châtaignier massif 2008

Pont d'Ilonse( Alpes-maritimes) 21,5m 21,5m 3,4m Pont mixte à poutre

sous tenduesPrédalle Béton Armé

(non participante)5 poutres en BLC+

contreventement transversal PL NC NC 2010

Tableau 4 – Récapitulatif des ponts routier en bois de France


L’analyse du récapitulatif précédent permet de dégager les principales caractéristiques desponts en bois:

Lamellé Collé ou bois massif ?

- Les ponts de portées > 15m : Bois Lamellé Collé (BLC)

- Les ponts de portées < 15m : bois massif

Hourdis béton ou platelage bois ?

- Les ponts de portées > 30 m : platelage bois

- Les ponts de portées < 30 m : dalle béton

- Chargement limité à 3,5 T : platelage bois (excepté le Pont sur la Dore)

- Chargement non limité : dalle béton

Structure ?

Pour les ponts en bois de France, la gamme des portées est la suivante :

Type de structure Portée P

Pont à ferme 15m < P < 40m

Pont à poutre en bois massif P < 15m

Pont à béquilles P < 35m

Pont à poutres treillis 20m < P < 40m

Pont à poutres BLC 20m < P < 30m

Pont à hauban P ~ 20-25m

Tableau 5 – Gamme de portées des ponts de structure bois français

Après avoir fait une rapide analyse des ponts existants, il est important de revenir sur lescaractéristiques fondamentales d’un ouvrage en bois.

2.2.1 Type de structure

La première caractéristique d’un ouvrage de manière générale est son type de structureporteuse. Concernant les ponts en bois, ils font travailler le matériau surtout en compression.En effet, même si le bois possède des bons comportements en traction et en flexion, cessollicitations sont à limiter d’une part à cause des singularités (nœuds, poche de résine…) quidiminuent fortement le comportement du bois en traction, et d’autre part à cause descontraintes de cisaillement localisées sur appuis pouvant avoir des répercussions considérables.

Ce premier raisonnement permet de sélectionner certaines structures propices à l’utilisation dubois :

- En arc,- En treillis,- A poutres sous hourdis (dalle connectée ou non),- A fermes.


23

2.2.2 Durée de vie

La durée de vie de l’ouvrage sera basée sur les recommandations de l’Eurocode NF EN 1995-2définissant le temps tL égal à 100 ans. Valeur qui est reprise dans la norme NF EN 1990-2002,paragraphe 2.3 donnant la durée indicative d’utilisation d’un pont (catégorie 5).

Bien que la norme impose cette valeur, un problème se pose sur le retour d’expérience desponts en bois. La faible proportion de ce type de pont en France ne nous permet pas de juger deleur capacité à résister face à l’environnement extérieur pendant une durée aussi importante.Lorsque l’on regarde à l’étranger, l’expérience montre que des ponts en bois peuventréellement résister longtemps. Le pont de la chapelle de Lucerne (Suisse) construit en 1333 aété exploité durant 600 ans avant d’être reconstruit à l’identique suite à un feu.

2.2.3 Le matériau

La définition du matériau dépend de l’essence et du type de bois (massif ou lamellé collé). Cettepartie reprend ces deux attributs caractérisant le bois.

2.2.3.1 Essence de bois

Chaque essence appartient à deux sous familles : les feuillus et résineux.

Le clivage feuillus/résineux

Les feuillus représentent 2/3 de la forêt française, le reste étant occupé par les résineux. De plus,les caractéristiques mécaniques sont biens meilleures pour les feuillus que pour les résineux.Cela porterait donc à croire que la filière bois de construction s’emparerait des feuillus.Cependant, les résineux sont les plus utilisés car plus économiques :

- Cela s’explique notamment par la croissance plus lente d’un feuillu par rapport à celled’un résineux. Par exemple, un chêne (feuillu) croit jusqu’à 160 ans alors qu’un pinmaritime (résineux) atteint sa taille maximale à 50 ans.

- Par ailleurs, la densité d’une forêt de résineux (10 m3/ha) est plus importante que cellede feuillus (5 m3/ha) ce qui laisse à penser que la rentabilité économique est plusfavorable chez les résineux.

- Enfin, les résineux possèdent un meilleur rendement au sciage. Etant beaucoup plusrectiligne que les feuillus, il y a moins de pertes.

-

Ainsi, le développement croissant de cette sous famille des résineux s’illustre par la plantationde plus en plus importante du Douglas.

Choix d’une essence

Pour choisir une essence de bois, deux classements complémentaires peuvent être utilisés :

- Un classement selon la durabilité de l’essence par rapport aux agresseurs (EN 350)

- Un classement selon la fonction de la pièce dans la l’ouvrage (EN 335)

C’est le deuxième classement qui est plus utilisé à ce jour pour déterminer l’essence de bois.


24

Classement selon l’essence

Une essence peut être classée suivant sa résistance aux champignons : classe 1 (très durable) à 5(non durable) et selon sa résistance contre les termites : classe S (sensible), M (moyennementdurable), D (durable).

Classement selon la classe d’emploi/classe de risque

L’autre classe caractérise chaque partie en bois de l’ouvrage, suivant sa sensibilité vis-à-vis desattaques biologiques extérieures. Il existe cinq classes d’emploi définies dans la norme NF EN335 :

Classe Situation en serviceSituation générale

(exemple)Zone sensible Risques biologiques

1Bois secH<20%

A l’intérieur, sous abri(Menuiseries intérieures)

2 mm de profondeur Insecte, termines

2Bois secH occasionnellement >20%

A l’intérieur ou sous abri(Charpente)

2 mm de profondeur Insectes, termines,champignons de surface

3aBoisH occasionnellement >20%

A l’extérieur, au dessus dusol, protégé

Toute la partiehumidifiable de la zonenon durable

Pourriture, insectes,termites

3bBoisH fréquemment > 20%

A l’extérieur, au dessus dusol, protégé (bardages,fenêtres)

4Bois avec H>20% (Bois extérieurs horizontaux

(balcons) et en contact avecle sol)

Toute la zone non durablenaturellement

Pourriture, insectes,termines

5Bois en contactpermanent avec l’eau demer

(Piliers, pontons, boisimmergé)

Toute la zone non durablenaturellement

Pourriture, insectes,térébrants marins

Tableau 6 – Classe d'emploi ou classe de risque des bois

Un tableau récapitulatif figurant dans le guide du SETRA [3]p84 permet de déterminerrapidement l’essence de bois suivant chaque classe d’emploi.


25

Figure 11 – Essences recommandées selon la classe d’emploi (source : SETRA)

En complément à ce tableau, il faut prendre en compte la disponibilité et le coût de chaqueessence de bois. Le paragraphe suivant détaille cinq essences des plus courantes utilisées dansles ouvrages français en bois.

Remarque : les statistiques de volume de bois disponibles par essence proviennent du site de l’IFN(Inventaire Forestier National) : tableau « volume par essence dans les forêts de production »calculée selon la nouvelle méthode en France de 2006 à 2010. Les fourchettes de prix cités à titreindicatif de comparaison proviennent d’une base de données d’un fabricant de bois lamellé collé.


26

2.2.3.1.1 Douglas (ou Pin d’Oregon)

Famille : Résineux

Disponibilité : Le volume total disponible est de 97 ± 12 millions de m3. Grâce à la politique dereboisement en France depuis 40 ans, la disponibilité du Douglas tend à croitreexponentiellement.

Figure 12 – Zone de disponibilité du Douglas (source : IFN)

Coût : 450-550€/m3 (prix d’achat d’un fabricant)

Avantages : bonne durabilité naturelle (bois de cœur très dense évitant la nuisance des insecteset autres fongicides). Sa production en forte croissance

Inconvénients : certains fabricants ne produisent pas de Douglas supérieurs à la classe derésistance C27 (bois massif) ou GL24h (bois lamellé collé)

2.2.3.1.2 Pin sylvestre

Famille : Résineux

Disponibilité : Le volume total disponible est de 143 ± 8 millions de m3.

Figure 13 – Zone de disponibilité du pin sylvestre (source : IFN)



27

Avantage : le prix d’approvisionnement est un des moins chers du marché

Inconvénient : l’essence doit être traitée pour atteindre la classe d’emploi C3

2.2.3.1.3 Chêne pédonculé, rouvre ou pubescent

Famille : Feuillus

Disponibilité : Le volume total disponible est de 671 ± 27 millions de m3 sur l’ensemble duterritoire.


Avantage : Le chêne est une essence disponible sur tout le territoire français et européen

Inconvénient : Etant un feuillu, le prix d’approvisionnement est élevé

2.2.3.1.4 Epicéa

Famille : Résineux

Disponibilité : Le volume total disponible est de 186 ± 14 millions de m3.

Figure 14 – Zone de disponibilité de l’épicéa (source : IFN)


Avantages : le coût d’approvisionnement est un des plus bas du marché

Inconvénients : nécessite un fort traitement. Il est donc plus utilisé dans les zones intérieures

2.2.3.1.5 Mélèze

Famille : Résineux

Disponibilité : Le volume total disponible est inférieur à 50 millions de m3.


28

Figure 15 – Zone de disponibilité du Mélèze (source : IFN)


Avantages : bonne durabilité naturelle (bois de cœur très dense évitant la nuisance des insecteset autres fongicides)

Inconvénients : il est encore peu présent sur le territoire français si bien que certainsproducteurs ne le traitent pas

2.2.3.2 Matériaux dérivés du bois

Une fois l’essence choisie, il est important de définir quel type de bois peut être utilisé dans unouvrage d’art. Le matériau de construction peut être sous la forme de bois massif ou de boislamellé collé.

Bois massif structuraux

Le bois massif est obtenu à l’aide de grumes ou de pièces de bois de fortes dimensions qui sontpréalablement sciées et usinées dans le sens longitudinal.

On considère deux classements des résistances mécaniques suivant l’appartenance du bois à lasous famille des résineux (symbole C) ou à celle des feuillus (symbole D). La norme NF EN 338définit les caractéristiques pour les calculs selon l’EC5 :

Tableau 7 – Caractéristiques des bois massifs résineux (NF EN 338)


29

Tableau 8 – Caractéristiques des bois massifs feuillus (NF EN 338)

Une poutre a généralement des dimensions comprises dans les plages suivantes:

- Largeur : de 15 à 200 mm- Hauteur : de 25 à 300 mm- Longueur : jusqu’à 15 m

Les avantages et inconvénients de ce type de matériau sont détaillés dans le tableau ci-après :

Avantages Inconvénients- Mode de fabrication plus court que celui

d’un bois lamellé collé (écorçage, débit, tri,séchage et traitement éventuel)

- Le coût moins élevé qu’une poutre en boismassif

- Longueur de poutre assez faible pour lesouvrages d’art (15 m)

- Performances mécaniques moinsintéressantes que le bois lamellé collé

- Des singularités sont à prendre en comptedans le classement de la poutre (nœuds,poches de résine…)

Bois lamellé collé (BLC)

Le bois lamellé collé est issu du bois massif préalablement abouté et collé en fines lamelles dontgénéralement le fil est parallèle à l’élément. L’épaisseur des lamelles atteint 33 mm pour lesclasses d’emploi 3 et 4, et 45 mm pour les classes d’emploi 1 et 2.

Il existe deux types de poutres en BLC :

- BLC homogène (GLxxh) : composées de lamelles de bois massifs de classes mécaniquesidentiques

- BLC panaché (GLxxc) : composées de lamelles de bois massif de classes mécaniquesdifférentes

Remarque : le terme « xx » correspond à la valeur de la résistance en flexion.

Le tableau ci-dessous récapitule les classes des lamelles formant une poutre en BLC :

BLC homogènesClasse de résistance des lamelles C 24 C 30 C 40BLC panachéslamelles extérieures :lamelles intérieures :

C 24C 18

C 30C 24

C 40C 30

Classe de résistance du BLC GL 24 GL 28 GL 32

Tableau 9 – Classe du BLC en fonction de celle des lamelles


30

Exemple : pour la réalisation d’une poutre BLC de classe GL24c, il faut utiliser des lamelles de boismassif de classe C24 et C18.

Les performances mécaniques du matériau sont récapitulées dans ce tableau issu de la normeNF EN 1194 (calculs à l’EC5) :

Tableau 10 – Caractéristiques des bois lamellés collés (NF EN 1194)

Une poutre en BLC a généralement des dimensions comprises dans les plages suivantes:

- Largeur : de 60 à 210 mm- Hauteur : de 100 à 2000 mm- Longueur : jusqu’à 40m

Les avantages et inconvénients de ce type de matériaux :

Avantages Inconvénients- Longueur de poutre importante (40m)- Performances mécaniques plus

intéressantes que le bois massif- Possibilité de cintrage en usine- Esthétique des formes (poutres à inertie

variable, poteaux ronds…)- Bois homogène sur toute la longueur

grâce à une purge des singularités(nœuds…)

- Utilisation de colle pouvant être nocif àl’environnement

- Mode de fabrication plus long que celuid’un bois massif (séchage, purge,aboutage, rabotage, pressage, taille,finition…)

- Le coût plus élevé qu’une poutre en boismassif

2.2.4 La durabilité

Contrairement au béton ou à l’acier, le bois est un matériau naturel et nécessite à ce titre destraitements vis-à-vis de certains organismes agresseurs.

2.2.4.1 Les organismes agresseurs

En tant que matériau naturel, le bois est confronté à des agents de dégradation biologique.Deux types d’organismes peuvent attaquer le bois : les insectes ou les champignons.

2.2.4.1.1 Les insectes

Les insectes sont regroupés en deux groupes : les coléoptères et les termites.

- Les coléoptères à larves xylophages (capricorne, lyctus ou vrillette) pondent leurs œufs dansdes bois où la rugosité et les fentes sont assez importantes pour que les larves éclosent àl’intérieur. C’est une fois devenu insecte (après s’être nourri de cellulose et de lignine) quel’insecte sort du bois en créant une galerie (1 à 3mm de diamètre), responsable de la ruine dubois. Durant leur action, le duramen est épargné du fait de sa trop forte densité.


31

Solutions/recommandations

Plusieurs traitements existent pour éviter ce désordre. Le premier agit contre l’éclosion des œufs(action ovicide), le second évite aux femelles coléoptères de déposer leurs œufs (action répulsive) etle dernier empoisonne la larve (action biocide par ingestion).

Figure 16 – Dégâts des coléoptères à larves xylophages

- Les termites s’attaquent en groupe à l’ensemble du bois (duramen compris) aussi biensec qu’humide. Craignant la lumière, ils accèdent au bois en souterrain et engendrentdes dégâts considérables car ils se développent à l’intérieur même du bois.

Figure 17 – Départements les plus affectées par les termites (source : MEDDL)


Pour éviter l’attaque des termites, deux méthodes sont employées. Pour éviter leur pénétrationdans le bois, on peut créer une barrière continue chimique ou physico-chimique autour de l’ouvrage.Pour éviter leur prolifération, on peut empoisonner une certaine catégorie de termites (« lesouvriers ») qui contaminent par la suite l’ensemble de la colonie.


32

Figure 18 – Dégâts des termites dans un tronc en bois massif

2.2.4.1.2 Les champignons

Il existe deux types de champignons : les lignivores et lignicoles. Ils apparaissent lorsd’humidités anormales comprises entre 20 et 80% dans le bois.

- Les champignons lignicoles provoquent des désordres esthétiques mais rarementstructurels. Ils se nourrissent que de sucres. Le bois peut avoir des couleurs bleue, grise,noire, verte ou encore blanche suivant que le champignon agit en surface ou enprofondeur.


Des traitements anti-bleuissement doivent être appliqués en usine. Il faut éviter une humiditésupérieure à 30% dans le bois, valeur pour laquelle il y a prolifération de champignons lignicoles.

Figure 19 – Bleuissement du bois

- Les champignons lignivores se nourrissent de la totalité du bois et engendrent de lapourriture selon le composé dégradé. résultat Si les champignons se nourrissent de lalignine et de la cellulose, une pourriture fibreuse apparaît (exemple : Coriolusversicolor) ; le bois est alors blanchâtre et très léger. Si les champignons se nourrissentseulement de cellulose, ce sont des pourritures cubiques et molles. Le bois devientalors brun. La « mérule » et le « lenzite des poutres » sont des exemples dechampignons de ce type très courants.


33


La pourriture fibreuse blanche apparaît dès 40% d’humidité et la pourriture cubique brune et molle,à environ 60% d’humidité. Il est donc important d’éviter d’atteindre ces valeurs dans le bois. Parailleurs, il existe des traitements fongicides efficaces (cf. paragraphe 2.2.4.3).

Figure 20 – Pourriture cubique (à gauche) et fibreuse (à droite)

2.2.4.2 Evolution de l’aspect

Un critère de choix pour l’utilisation du bois vis-à-vis de tous les autres matériaux est celuiesthétique. En effet, le nombre de couleurs et de typographies est aussi important que lenombre d’essences et d’arbres existants sur terre. Cependant, le problème majeur qui se poselors de la sélection d’un type de bois est celui de l’évolution de l’aspect esthétique.

Ce type de dégradation est inévitable car c’est le cas de tous les polymères dont ceuxcomposant le bois. Ce phénomène est appelé photodégradation et a plusieurs conséquences enfonction de l’utilisation et de l’environnement de la pièce en bois.

- Les rayonnements UV et la présence d’oxygène impliquent une réaction photochimiqueentrainant la désintégration de la lignine. En surface, cela se traduit par unjaunissement (essence claires) puis brunissement du bois. Les caractéristiquesmécaniques ne sont pas affectées.

- Avec la présence d’une certaine température (25°C) et humidité (H>30%), la surface dubois devient grisâtre/bleuâtre ou noir. Le développement de micro organismes associéà la photodégradation entraine ce type de désagrément.

- Lorsque plusieurs phénomènes s’enchaînent (pluie battante, rayonnement UV, eauruisselante), le bois perd de sa couleur puis blanchit du fait de la désintégrationphotochimique de la cellulose. Il peut y avoir de l’érosion entrainant des fentes dans lematériau.

2.2.4.3 Traitements

Pour éviter ce type de dégradations dus aux agresseurs naturels énumérés précédemment,plusieurs types de traitements existent. La distinction est faite pour des traitements insecticidesou fongicides suivant l’agresseur à éliminer (insecte ou champignon).

Un produit de traitement est constitué d’une matière active (cuivre : fongicide, arsenic :insecticide), d’un solvant (eau ou produit pétrolier) et d’un fixateur (chrome ou résines).

Il existe deux grandes familles de traitement :

- Les produits hydrosolubles (à base de sels métalliques),


34

CCA Chrome, cuivre,arsenic

Anciennement utilisé, l’arsenic est de plus en plus interditdans les domaines de la construction (Autriche, Suisse).Cf. Décret n°92-1074 du 2 octobre 1992

CCB Chrome, cuivre, bore Le bore est moins toxique que l’arsenic mais a tendance àmoins résister au délavage entrainant de l’écotoxicitélocale.

CCF Chrome, cuivre, fluor Le fluor est sensible à l’évaporation

- Les produits de synthèse (fixés par des résines),

PCP Pentachlorophénols,Cadmium e etcomposés

Ce type de traitement n’est plus utilisé en France.

/ Créosote La matière active de la créosote est du goudron dehouille. Son utilisation est moins répandue à cause de ladirective 2001/90 du 26/10/01 le limitant.

Chacune d’entre elles peut avoir une mise en œuvre différente :

- Par trempage: le matériau est plongé dans le produit (solvant pétrolier ou en émulsion)qui s’introduit par capillarité. Le temps d’absorption est de l’ordre de 3 minutes(préconisation du CTBA) et le bois concerné est celui de classe d’emplois 1 et 2.

- Par autoclave: le bois est d’abord introduit dans un récipient à parois épaisse étanchedans lequel le vide est fait (1h), puis le produit y est injecté sous une pression d’unedizaine de bars (3h) pénétrant dans les pores. L’étape suivante est à nouveau de refairele vide pour rééquilibrer les pressions interne en évacuant l’excédent du produit.

- Par badigeonnage et aspersion : le produit est pulvérisé ou peint sur la surface du bois.Ce procédé est utilisé pour des longueurs importantes de bois, directement sur chantier(BLC par exemple).

Des classes de pénétrations existent et sont détaillées dans la norme EN 351. Il y a en tout 9classes qui dépendent de l’épaisseur de la zone de bois imprégnée (allant de 3 mm d’aubier àl’ensemble de l’aubier+ 6mm de bois parfait). Suivant la classe d’emploi du bois (défini dans le§2.2.3.1), des exigences minimales de pénétrations sont requises pour leur protection (normeNF B 50-105-3).

Figure 21 – Exigences minimales de pénétrations (source : SETRA)


35

Pour compléter le traitement chimique, un certain type de finition doit être appliqué sur le bois :créosote, lasures, peintures, vernis. L’intérêt principal est de le protéger contre son hygroscopie(entrainant le retrait), mais il a aussi des vertus protectrices vis-à-vis de son aspect esthétique(teinture possible).

La créosote n’est plus autorisée aujourd’hui mais est très étanche à l’eau du fait de sacomposition chimique en goudron de houille. Son inconvénient est son absence de résistanceaux températures élevées.

Les lasures définies par la norme NF T36-001 peuvent lutter contre le bleuissement. D’unedurée de 4 à 6 ans, leur particularité est leur aspect non-filmogène qui laisse le bois respirercontrairement au vernis et à la peinture.

Les vernis sont filmogènes et totalement étanches à l’eau. Il faut cependant faire attention lorsde leur dégradation par écaillage (due à une forte exposition aux rayons UV), car l’eau qui peuts’introduire, aura du mal à en ressortir. Leur durée de vie est de l’ordre de 4 à 8 ans.

Les peintures sont moins étanches que les vernis mais ont tendance à le devenir, plus le nombrede couches est appliqué. Les peintures microporeuses sont recommandées à l’extérieur(échange de vapeur possible), alors que celles brillante de type « glycérophtalique ») sont plusutilisées à l’intérieur pour les mêmes raisons que le vernis. Leur durée de vie est de l’ordre de 4 à8 ans.


36

2.2.5 Synoptique de conception

Pour résumer, la conception d’un ouvrage en bois peut suivre les étapes suivantes :

Partie d’ouvrage (structure,garde corps, platelage…)

Evaluation des risques etdéfinition de la classe de

risque

Choix d’une essence

Essence suffisammentdurable

Essencenaturellement peu

durable

Pas de traitement Essenceimprégnable

Choix d’untraitement

Essence nonimprégnable

Données deconception

Ressourcesutilisées

Etapes de laconception

Légende :

Normes, Eurocodes

Guides du SETRA,retour d’expérience

Contraintes écologiques

Figure 22 – Synoptique de conception d’un ouvrage d’art en bois


37

2.2.6 Développement durable

Véritable enjeu politique et social, le développement durable est aujourd’hui ancré dans lesmœurs. Ce concept idéologique permet de croire en la pérennité des Hommes en prenant encompte l’équité sociale, l’efficacité économique et la qualité environnementale. Ces trois piliersdu développement durable sont des facteurs qui influent notre manière de concevoir etorientent les innovations de demain.

C’est dans ce contexte que l’utilisation du bois peut être efficace car il justifie à lui seul quelquesprincipes fondamentaux du développement durable.

2.2.6.1.1 Efficacité économique et équité sociale

L’utilisation du bois peut être un avantage économique certain en cette période de criseéconomique, surtout en France où le volume de bois (résineux et feuillus) est un des plusimportants d’Europe : 2,4 milliard de m3 et emploie plus de 450 000 personnes.

Malgré ses quantités importantes sur le territoire, la filière nationale est confrontée à desproblèmes de compétitivité vis-à-vis de la concurrence d’autres essences (bois tropicaux, boisdu nord et de l’est de l’Europe). Cependant, la France possède un certain nombre de bois aussidurables et résistants que ses concurrents (Douglas, Mélèze…).

Par conséquent, utiliser du bois français dans des projets tels que celui développé dans cemémoire pourrait relancer la filière française tout en participant à la relance économique dupays.

2.2.6.1.2 Qualité environnementale

Bilan carbone positif

Dans les matériaux utilisés dans la construction, le bois est le seul capable de diminuer ouabsorber les émissions de gaz à effet de serre (à condition d’être issu de forêts écologiquementgérées). Ainsi, 1 m3 de bois absorbe en moyenne3 une tonne de CO2 si bien que la forêt françaisea stocké en 2008 l’équivalent de 78,2 millions de tonnes4 de CO2.

Matériau renouvelable

Etant un être vivant, l’arbre peut se reproduire perpétuellement contrairement aux métaux ouaux roches. Si à chaque découpe d’un arbre, d’autres sont replantés, le bois peut donc êtreconsidéré comme un matériau renouvelable. Partant de ce principe, les sommets de Rio (1992)ou la conférence d’Helsinki (1993) ont crée des certifications garantissant des forêts durables :

- Le PEFC (Plan European Forest Council) attestant la bonne gestion et la traçabilité desbois en Europe ;

- Le FSC (Forest Stewardship Council) faisant état du même constat concernant les boisde zones tempérées et tropicales.

3http://www.bois.com/particuliers/mieux-connaitre/environnement/construction-eco-logique/bienfaits4 FCBA, Formation : Forêt-Bois : quelles ressources pour quels produits ? 16/12/11, Nancy


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Figure 23 – Certifications PEFC et FSC

Ces deux types de certifications sont utiles lors du choix d’une essence de bois et sont àprivilégier pour éviter la déforestation.

Réduction de la toxicité des traitements

Le bois est un matériau qui nécessite parfois des traitements chimiques (cf. §2.2.5.). Lesconséquences de tels produits peuvent être lourdes sur la santé humaine (produitscancérigènes) ou sur l’environnement (pollution des sols et de l’eau). La législation française estactuellement en pleine évolution comme en témoigne la récente interdiction (2010) de lacréosote et des sels de cuivre-chrome-arsenic (CCA) comme traitement sur les traverses dechemin de fer et les poteaux électriques.

La plupart des traitements chimiques sont toxiques chez l’homme à partir d’une certaine dose.Chaque produit ayant une part de toxicité différente, le problème est alors de quantifier leslimites dans les directives nationales et européennes et de classer les substances suivant leurimpact environnemental.

Solution/Recommandation

La durabilité naturelle du bois ne permet pas de résister à toutes les attaques biologiques.Cependant, certaines essences résistent plus que d’autres aux agressions des insectes ou deschampignons qui sont les conséquences d’un environnement humide et ventilé. La premièresolution entrant dans une conception durable et écologique est de bien concevoir l’ouvrage enamont. Par exemple, il existe des essences naturellement résistantes en classe de risque 4 telsque certains bois à essences tempérées (Châtaignier, Chêne blanc européen ou Robinier) etexotiques (Iroko, Kapur, Moabi, Padouk...). Dans cette mesure, un Iroko pourrait absolumentconvenir à des mains courantes ou des corniches : zones de l’ouvrage soumis directement auxintempéries.

La Directive 76/769 détaille tous les produits de traitement interdits à la vente au grand public àcause de leur caractère cancérigène. Cela donne une première idée des composants à éviterpour le traitement du bois. Par ailleurs, il est utile de s’informer sur les dosages maximum dessubstances toxiques présentes dans les traitements utilisé. Ceux-ci sont fournis dans laDirective 91/414/CE.

Traitement des déchets

Une problématique environnementale constitue la gestion et le recyclage des déchets bois

Il existe deux types de déchets :

- Les déchets non dangereux : bois bruts ou déchets de bois non traités

- Les déchets dangereux : déchets fortement adjuvantés (bois traités aux créosotes oumétaux lourds)


39

Du fait du traitement du bois employé, il pourrait y avoir des rejets lors de la combustion deformol de métaux lourds, d’hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), de polluantschlorés pouvant avoir des effets considérables sur la santé humaine et environnementale. Parailleurs, en ce qui concerne plus particulièrement la combustion, le dioxyde de carbone dégagéest considérable et des produits toxiques sont utilisés comme l’arsenic.

Détection

Pour distinguer le type de traitement, des détections visuelles ou en laboratoires sonteffectuées. Les bois déchets dangereux sont reconnaissables à leur couleur sombre (boiscréosotés) ou verdâtre (traitement aux métaux lourds). Ceux traités par des produits chlorésdemandent une analyse à l’aide d’un réactif coloré. Enfin, les bois traités à la céruse (peinture auplomb) nécessitent un appareil de détection du plomb (spectromètre de fluorescence X parexemple).

Le tableau suivant récapitule le type de traitement que peut subir un bois suivant sa classed’emploi :

Déchets non dangereux Déchets dangereux

Déchet de bois brut nontraité

Déchets de bois faiblementtraité

Déchets de bois fortementtraité aux créosotes etmétaux lourds

Classe d’emploi 1,2 et 3A Classe d’emploi 3B, 4 et 5

Réutilisation Paillage, espaces verts,écorces, litières animales…

Revendeurs portes,fenêtres…, réparateurs depalette

Valorisation Compostage, fabricationde panneaux agglomérés

Fabrication de panneauxagglomérés, réparateur depalettes

Incinération avecvaolrisationénergétique

Chaudière bois, usined’incinération DND(Déchets Non Dangereux)avec valorisationénergétique

Usine d’incinération DNDavec valorisationénergétique

Usine d’incinération DD(Déchets Dangereux) avecvalorisation énergétique,cimenterie, procédés depyrolyse

Traitement et stockage Usine d’incinération DNDsans valorisationénergétique, Installation deStockage des Déchets NonDangereux (ISDND)

Usine d’incinération DD sansvalorisation énergétique

Figure 24 – Gestion et recyclage du bois


40

3 Etude d’un pont routier mixte bois/béton

La partie suivante présente l’étude de cas d’un pont routier en bois. Elle consiste à concevoirune variante en bois/béton du pont déjà réalisé en poutres PRAD.

Une fois la solution bois présentée, la deuxième partie portera sur une étude comparative avecdeux autres variantes (dont celle réalisée) afin d’arrêter les avantages et inconvénients d’unesolution de ce type.

3.1 Présentation du projet

Le projet sur lequel s’est basée l’étude suivante est un passage supérieur de l’autoroute A65 surla section Langon-Pau. La concession de 55 ans a été attribuée au groupement A’Liénor(Eiffage-Sanef) qui assure le financement, la construction, l’exploitation et la maintenance duprojet. Les principaux intervenants du chantier sont :

Maître d’ouvrage A’Liénor (Eiffage à 65%, Sanef à 35%)

Assistance à la maîtrise d’ouvrage APPR (Autoroute Paris Rhin Rhône), filiale d’Eiffage

Bureau de contrôle Socotec

Maîtrise d’œuvre Atelier méridional Joël Nissou (architecte), Ingérop,Arcadis et Coteba

Le projet consiste en la réalisation de 150 km de voies autoroutières de 2 x 2 voies avec bandesd’arrêt d’urgences.

Coteba (aujourd’hui Artelia) a été en charge dans le projet de plusieurs missions:

- de la coordination des Ouvrages d’Art sur les 150 km, soit 162 ouvrages dont13 ouvrages d’art non-courants,

- de 9 passages supérieurs de type PRAD continu ou portique,

- de 4 passages inférieurs de type matière ou portique,

- de 3 ouvrages d’art non-courants de type bi-poutre mixte,

- et de 15 ouvrages hydrauliques traverse encastrée sur rideaux de palplanches ou cadre

Le passage supérieur PS4079 sur lequel l’étude va porter est situé au niveau de la ville de Montde Marsan, rétablissant la route départementale 55 (figure 24). C’est un ouvrage à deux travéesdissymétriques de 39,10 m sans biais (portée de 18,60 et 20,50m). La largeur totale du tablierest de 8,18m dans lequel se trouve une largeur utile de 7,00 m.


41

Figure 25 – Localisation du PS4079

Ses caractéristiques géométriques principales sont répertoriées sur les coupes suivantes :

Figure 26 – Coupe longitudinale de l’ouvrage actuel

A65

PS 4079

Pau

Langon


42

Figure 27 – Vue en plan de l’ouvrage actuel

3.1.1 La variante bois développée

L’étude de cas portera donc sur un ouvrage de portée 18,60 et 20,50m.

Suite au retour d’expérience effectué dans le paragraphe 2.2.1, le choix de la structure àdimensionner s’est porté sur un pont mixte bois/béton où des poutres en bois lamellé collé sontconnectées à un hourdis béton.

Plusieurs raisons ont motivé ce choix :

Structure à poutres : voulant étudier une solution réalisable à grande échelle pour un passagesupérieur de ce type, la solution la plus simple d’un pont courant à poutres a été retenue. Le casd’ouvrage en arc, à treillis couvert est considéré comme plus exceptionnel.

Bois lamellé collé : les portées étant de plus de 15 m, la solution en bois massif structurel n’estpas envisageable. Par ailleurs, les portées étant aussi inférieure à 40m, ce type de poutre enlamellé collé est réalisable.

Hourdis en béton : un hourdis béton a été préféré à un platelage bois pour plusieurs raisons :

- La nécessité d’ancrer les barrières BN4 dans un dallage en béton- La protection des poutres en bois lors d’intempéries- L’usure des revêtements est plus importante pour un platelage en bois qu’un hourdis

béton- Les nuisances sonores sont beaucoup plus importantes pour un platelage bois

Connexion mixte : Cette connexion entre le bois et le béton est permise tant lacomplémentarité des deux matériaux est judicieuse : le bois résiste en traction et le béton encompression. Aussi, sur appuis, des problèmes de cisaillement longitudinal peuvent affecter lebois, ce qui dans notre cas serait principalement repris par les armatures du hourdis.

Par ailleurs, plusieurs références existent pour des tabliers mixtes bois béton (pont de Merle, del’aire Chavanon, d’Avoudray et d’Ilonse) et le CETE de l’EST étudie actuellement ce type de


43

pont en vue de sortir un guide méthodologique. Aussi, plusieurs thèses de l’ENPC se sontconsacrées aux connecteurs bois/béton laissant à penser que ce type de structure pourrait êtredéveloppé massivement si les conclusions sont positives.

3.1.2 Variantes de comparaison

Par ailleurs, pour faire une étude complète de la solution bois, celle-ci doit être comparée àd’autres types de structures utilisant des matériaux différents (béton, acier) permettant dejustifier ou non la pertinence d’un tel matériau. Le guide du projeteur ouvrages d’art sur lesponts courants [19] permet de choisir un type de structure à l’aide de la gamme de portée.

Dans notre cas, plusieurs types de structures courantes sont envisageables :

Variantes TypeGamme

de portéeprivilégiée

1 Pont à poutres PRAD (pré-tension) 10 à 30m2 Pont mixte à poutrelles enrobées 8 à 25m3 Pont dalles précontraintes de type PSIDP à dalles pleines 14 à 20m4 Pont dalles précontraintes de type PSIDP à larges encorbellement 18 à 25m

Par manque de temps, l’étude comparative n’a pu porter sur l’ensemble des 4 variantes. Ainsi,le choix s’est porté sur les variantes 1 et 2 car ce sont celles qui ne nécessitent pas de cintres ausol lors de la réalisation contrairement aux variantes 3 et 4.

3.2 Pont mixte bois/béton

Dans le cadre de l’analyse comparative, la partie suivante présente le cheminement effectuépour arriver à pré-dimensionner la section mixte bois béton en flexion longitudinale.

3.2.1 Pré-dimensionnement du pont en bois

La première partie décrit les hypothèses émises et la procédure de calculs permettant de tirerune première solution.

3.2.1.1 Modélisation

Le pont a une longueur totale de 39,10m répartie en deux travées de 18,60 et 20,50 m. Lalargeur transversale est de 8,18m comprenant deux voies bidirectionnelles de 2,50 m de largeurroulable.

On considère la section mixte suivante

L1=18,60 m L2=20,50 m


44

Les paramètres géométriques sont :

A Largeur efficace du bétonh1 Hauteur du bétonb2 Largeur de la poutre en boish2 Hauteur de la poutre en boise1 Excentricité du bétone2 Excentricité du boisG1 Centre de gravité du bétonG2 Centre de gravité du boisGeff Centre de gravité de la section mixte

La poutre en bois est assimilée à une poutre seule de section rectangulaire. Les fabricantsréalisent des poutres en lamellé collé de largeurs comprises entre de 90 à 210 mm. Cependant,ces largeurs sont trop faibles pour reprendre les charges routières considérées. Deux solutionssont envisageables pour améliorer les caractéristiques mécaniques de la poutre :

- Soit on utilise une poutre caisson dont on a négligé les parties intérieures. La sommedes largeurs des deux âmes du caisson (b2/2) étant égale à la largeur de la poutremodélisée (cf. Pont de Merle).

b2

hh

a a

b2/2b2/2

G1

Geff

G2

a

h1

h

h2

e1

e2

e

b2

1 - béton

2 - bois


45

- Soit on utilise deux poutres indépendantes que l’on presse et colle entre elles, formantune section rectangulaire (ce type de réalisation inexistant en France, a fait ses preuvessur des ponts tels que l’Europa Brücke (Autriche) :

Pour l’ensemble des calculs, les caractéristiques géométriques de la section en bois seront salargeur b2 et sa hauteur h2, la section étant considérée parfaitement rectangulaire.

3.2.1.2 Textes normatifs de références

Les calculs se feront à l’aide des normes suivantes :

- NF EN 1991-1-1 Actions sur les structures : Actions générales - Poids volumiques, poidspropres, charges d’exploitation des bâtiments

- NF EN 1992-1-1 : Calcul des structures en béton : Règles générales et règles pour lesbâtiments

- NF EN 1992-2 : Pont en béton – Calcul et dispositions constructives- NF EN 1994-2 Calcul des structures mixtes acier-béton : Règles générales et règles pour

les bâtiments- NF EN 1995-1-1 : Conception et calcul des structures en bois : Généralités - Règles

communes et règles pour les bâtiments- NF EN 1995-2 : Conception et calcul des structures en bois : Ponts

3.2.1.3 Chargements

Le cas étudié étant une section mixte, les calculs sont effectués à l’Etat limite ultime.Contrairement aux structures en béton armé et à l’acier, les calculs sont effectués sansplastification des sections, ce qui impose de conserver l’historique des chargements. Pour cefaire, on distinguera trois phases :

Phase 1 : les poutres en bois sont mises en place sur leurs appuis, elles sont modélisées par despoutres à travée unique isostatiques, chargées par leur poids propre.

Poids propre du bois

Structure bois

b2

hh

a a

b2/2b2/2


46

Phase 2 : deux cas sont envisageables :

- Les poutres en bois sont assemblées (encastrement) les unes aux autres pour en faireune poutre continue. Le béton est ensuite coulé sur place. C’est une structurehyperstatique qui reprend alors les charges du poids propre du hourdis.

- Les poutres ne sont pas connectées avant coulage et reprennent les charges du poidsdu hourdis isostatiquement.

Phase 3 : la structure devenue mixte bois/béton reprend l’ensemble des charges desuperstructures ainsi que les charges d’exploitations (charges mobiles).

Le type de charge (uniforme, ponctuelle…) est détaillé dans les paragraphes suivants.

3.2.1.3.1 Charges permanentes

Les actions permanentes sont toutes uniformément réparties sur la poutre et dépendent destrois phases de réalisation :

Phase 1 G1tot Poids propre du boisPhase 2 G2tot Poids propre du béton mouPhase 3 G3tot Poids de la superstructure

3.2.1.3.2 Charges d’exploitation

Pour simplifier l’automatisation des calculs sous Excel, les charges d’exploitations sontmodélisées par une charge uniforme de 15 kN/m². Elle est appliquée soit sur la longueur totalede l’ouvrage, soit sur une travée. Par expérience, ces deux cas permettent de tirer lessollicitations maximales sur appuis et en travée :

Cas de charge 1 :

Charge d’exploitation

Superstructure

Structure mixte

Exploitation

Poids propre du béton

Structure bois

Poids propre du béton

Structure bois


47

Cas de charge 2 :

Pour vérifier cette hypothèse, une modélisation a été effectuée sous ST1 permettant decomparer le modèle de charge simplifié (enveloppe en vert) à ceux du « Fascicule 61, titre II»(4.1) et (4.22) et de l’Eurocode 1-Partie 2: charge du type LM1 (enveloppe rouge).

Figure 28 – Comparaison du cas de charge d’exploitation simplifié (ST1)

Le diagramme des moments montre que le moment sur appuis de la charge simplifiée (5903,53kNm) est strictement supérieur au moment sur appuis de l’enveloppe des deux cas de chargenormalisés (3072,46 kNm).

La même analyse peut être faite concernant la comparaison du moment en travée duchargement simplifié (4836 kNm) au moment en travée de l’enveloppe des deux cas de chargenormalisés (4406,38 kNm).

L’analyse s’effectuera donc à l’aide des deux cas de charges uniformes simplifiés etdétaillés ci-dessus.

Les coefficients de pondération des charges sont les suivants :

Etat Limite Charge permanentes Charges d’exploitationELS 1 1ELU 1,35 1,5

3.2.1.4 Procédure de calcul

NB : les indices et symboles figurent en annexe dans la note de calcul (Annexe 4).

Plusieurs hypothèses simplificatrices sont considérées :

- Les effets de la dilatation thermique des matériaux sont négligés

- Le fluage est pris en compte à l’aide du coefficient Kdef

- L’étude du comportement sismique de la structure n’est pas effectuée pour ce cas

3.2.1.4.1 Les matériaux

La première étape est le calcul des paramètres de résistance et de rigidité des matériaux :

Charge d’exploitation


48

Paramètres de résistance Paramètre de rigidité

Béton, = , =

Armatures, = , = 200 000

Bois, = ,

, = , = ×1

1 + ×

Module de glissement Espacement moyen et coefficient de glissement

Connecteurs=

2 × , ×23

=23

=1

× (0,75 × + 0,25 × )

= 1 +× × ×

×

3.2.1.4.2 Caractéristiques géométriques

Béton

Section = ×

Centre de gravité =2

Moment d’inertie=

×12

Armatures

Section totale = , + ,

Centre de gravité =× , + × ,

Bois

Section = ×

Centre de gravité = +2

Moment d’inertie=

×12

3.2.1.4.3 Détermination des sollicitations (moments fléchissant, efforts tranchants)

Le calcul des sollicitations dans la structure a été réalisé à l’aide de la Formule des 3 Momentspour les calculs non fissurés, et à l’aide du logiciel ST1 pour les calculs en section fissurée.


49

Calcul par analyse non fissurée

La formule des 3 moments pour des travées de même inertie stipule:

, + 2 ( ) ( ) = 6 )

On a alors :

= 0

=

= 0

On tire alors les valeurs des moments et les efforts tranchants pour chaque portée pour endéduire les valeurs maximales en travées et sur appui:

( ) ( )

( ) ( ) + +

Calcul par analyse fissurée

Lorsque le critère de fissuration du hourdis béton est dépassé (la contrainte en fibre supérieuredu béton dépasse deux fois sa résistance moyenne en traction), il est nécessaire de refaire lescalculs en section fissurée (reprise du critère des ponts mixte acier/béton : NF EN 1994-2,5.4.2.3(2)) : certaines sections doivent être recalculées en négligeant le béton remplacé par lesarmatures tendues étant seules prises en compte. La norme définit ces sections commerégnant sur une longueur de 15% de la portée de part et d’autre de chaque appui intermédiaire.

Ces calculs ont été effectués à l’aide du logiciel ST1.

3.2.1.4.4 Détermination des caractéristiques de la section mixte

On assimile la structure mixte (béton/bois ou armature/bois) à une section homogène en bois.Pour ce faire, des coefficients d’équivalence et de glissement sont calculés et servent àpondérer les caractéristiques des sections d’acier ou de béton.

Le cheminement des calculs est détaillé ci-après pour les deux types de structure mixte.

Section mixte bois/acier

Section mixte bois/béton

L1 L2

0,15 xL1 0,15 xL2

Figure 29 – Sections considérées dans les calculs mixtes


50

Béton/bois

Coefficient d’équivalence = ( , )

,

Coefficient de glissement = 1 +× × ×

×

Section homogène = ( × ) +

Centre de gravité, = 2 + + 2

Excentricité du béton = , –

Excentricité du bois = – ,

Excentricité = +

Moment d’inertie , = + + +

Rigidité = ×

Pour effectuer les calculs de la section mixte bois/béton, il est nécessaire de décomposer lemoment agissant sur la section mixte en moments et efforts normaux agissants sur les sectionsde bois et de béton. En effet, l’Eurocode demande de faire une distinction entre les contraintesnormales provenant d’un moment, et les contraintes normales provenant d’un effort normal.

Le moment et l’effort normal dus aux chargements extérieurs de la section mixte sont répartisen fonction des deux matériaux.

h1

h

h2

1 - béton

2 - bois

M1

M2

a.n

N1

N2

N

M

Figure 30 – Structure mixte bois/béton


51

Moment fléchissant

Soit le moment total repris par la section mixte

Soit le moment total repris pour chaque poutre

=

ù ( )

=

ù =

Si le bois est la référence de la section homogène,

Le moment repris par la section de béton ou de bois vaut :

Pour {1; 2}

=

ù ( )

= = ( )] = [ ]

=

= M = M

Efforts normaux

= =

= =

Armatures/bois

Cette structure est utile pour les vérifications en section fissurée sur appuis, lorsque le béton estnégligé car trop soumis à la traction.

Coefficient d’équivalence =,

Section homogène , = ( × ) +


52

Centre de gravité, , = 2 + + 2

Excentricité des armatures , = – , ,

Excentricité du bois , = , ,

Excentricité , = +

Moment d’inertie , , = + + +

Moment statique de lasection bois

é = ×

Soit la section mixte suivante :

Le moment et l’effort normal dus aux chargements extérieurs de la section mixte sont répartisen fonction des deux matériaux. Le moment dans l’armature est négligé.

= 0 = 0

= 0 + = 0

On en déduit : = )

Or

a1

a2

1 - armatures

2 - bois

M2

a.n

N1

N2

N

M

Figure 31 – Structure mixte bois/acier


53

D'où + ( )

Et: = ( )

On tire donc :

= ( )

= ( )

3.2.1.5 Vérifications aux ELU de la section mixte

Les vérifications aux ELU portent sur les contraintes normales (dues à la traction et au momentde flexion) et tangentielles (dues au cisaillement).

3.2.1.5.1 Vérification des contraintes normales

Contrainte due à la flexion

Dans le béton en fibre supérieure, et dans le bois en fibre inférieure :

=2

=2

Contrainte due à la traction

Dans le béton en fibre supérieure, et dans le bois en fibre inférieure :

= =

Section sur appui

Pour vérifier la flexion à l’ELU sur appui, la première étape est de calculer la contrainte en fibresupérieure du béton pour déterminer si les calculs doivent être réalisés en section fissurée ounon.

< 2 : analyse non fissurée

: analyse fissurée

Avec (considérée seulement en phase 3) :

Dans tous les cas étudiés, la résistance du béton étant trop faible, l’analyse est considéréecomme fissurée. On détaille les calculs dans la partie suivante.

Analyse fissurée


54

On prend en compte les armatures dans la dalle et on néglige totalement le béton dans le calculde la section homogène mixte.

Vérification des armatures en traction

<

= =( )

Vérification du bois en flexion composée (compression axiale)

+ 1

NF EN 1995-1-1 (6.19)

Avec pour chaque phase:

Section en travée

La seconde vérification s’effectue au niveau de la mi-travée de la portée la plus longue. Il estnécessaire de vérifier la contrainte de compression en fibre supérieure du béton ainsi que celledu bois en flexion composée avec traction.

Vérification du béton en compression

Avec:

Vérification du bois en flexion composée avec traction

+ 1

NF EN 1995-1-1 (6.17)

Avec :

3.2.1.5.2 Vérification des contraintes normales

Contrainte de cisaillement

Le béton est négligé, la contrainte est reprise entièrement par le bois :

=

Vérification :


55

Avec : pour chaque phase.

Nota : l’Eurocode ne fait pas mention d’une interaction entre effort tranchant et moment/effortnormal.

3.2.2 Solution mixte bois/béton retenue

La solution retenue est une structure porteuse de sept poutres en bois lamellé collé de section :420 x 1050 mm supportant un hourdis béton de 22 cm (cf. Annexe 5 schéma à l’échelle 1/50e).

Figure 32 – Coupe transversale de la variante mixte bois/béton

Essence et classe de résistance

Pour des raisons technique (utilisation de BLC), écologique (éviter les traitements de bois troplourd) et économique, deux essences de bois se différencient du reste : le Douglas et le Mélèze.

Toutes deux sont économiquement viables (450-600€ le m3) et ont l’avantage d’atteindre laclasse de bois la plus élevée disponible en France (C30 en bois massif) permettant d’en tirer despoutres en BLC de GL28h. De plus, elles résistent naturellement à des classes de risquebiologique 3 (bois d’extérieur, au dessus du sol et protégé). Par conséquent, aucun traitementfongicide ou insecticide n’est à prévoir. Une couche de peinture ou de lasure peut êtreappliquée.

Pour notre ouvrage, le choix de l’essence s’est porté vers le Douglas car il est plus disponible enFrance et surtout dans le Limousin, région limitrophe à celle du projet (Aquitaine).

Connecteurs

Le type de connecteurs adopté dans cette variante est similaire à celui utilisé sur le Pontd’Ilonse (2010) et recommandé par le CETE de l’EST. Il consiste à mettre en place un profilémétallique sur lequel sont soudés les goujons au niveau de la partie supérieure de la poutre.


56

Figure 33 – Connexion bois-béton

L’avantage de cette solution est l’assurance d’une étanchéité à l’interface bois/béton. Desimples tire-fond vissés directement sur la poutre en bois (comme on peut voir en bâtimentpour les planchers mixtes), pourraient en effet laisser de la laitance de béton s’infiltrer dans lebois. L’eau mélangée à des résidus cimentiers pourrait s’infiltrer et stagner en profondeur parl’intermédiaire des trous de fixation, phénomène pouvant conduire à une perte de durabiliténon négligeable du bois.

Continuité des poutres

La continuité est assurée par une entretoise en béton. Pour éviter l’interface verticale directeentre le bois et le béton (laitance de béton pouvant s’infiltrer dans le bois), des appuis ennéoprène verticaux sont fixés entre les deux matériaux. Le moment étant négatif sur appuis, il ya compression de la partie en bois permettant de justifier l’utilisation de ce type de technique.

Figure 34 – Continuité sur pile

About de tablier

Au niveau des abouts de tablier, une fois de plus la disposition constructive doit permettred’éviter l’infiltration d’eau dans le bois. Le joint de dilatation doit être excentré par rapport àl’about de poutre et une gouttière devra servir de protection à d’éventuelles fuites au niveau dujoint de chaussée.


57

Figure 35 – Détail de l’about de tablier

3.2.2.1 Coût du tablier seul

La filière étant peu développée en France, les coûts attribués à un tel ouvrage sur les structuresen bois sont très variables (du simple au double). Le prix unitaire présenté dans ce paragrapheest à prendre à titre indicatif et provient d’une moyenne de quelques fournisseurs contactés.

Le coût du tablier avoisine les 300 000€ (détail en Annexe 9):

Désignation Unités Quantité Prix Unitaire Total

Poutres BLC

Poutres BLC de dimensions 0,42 x 1,10 mpour travée de 18,60 m u 7

Bois (production, transport, pose) m3 60,15 1 750,00 € 105 267 €

Poutres BLC de dimensions 0,42 x 1,10 mpour travée de 20,50 m u 7

Bois (production, transport, pose) m3 66,30 1 750,00 € 116 020 €

Connecteurs bois béton

Goujons u 2 037 3,25 € 6 620 €

Platine kg 5 605 2,00 € 11 210 €

Coffrage pour parements soignés fins deshourdis et entretoises m² 104 90,00 € 9 385 €

Prédalle en béton m² 190 60,00 € 11 376 €

Armatures lisses et à haute adhérence pourhourdis et entretoises kg 20 040 1,50 € 30 060 €

Béton C35/45 pour hourdis et entretoises m3 78 220,00 € 17 202 €

Coût total du tablier 307 140 €


58

3.2.2.2 Phasage de construction

Le phasage de construction pour un pont de ce type s’apparente à la réalisation d’un pont àpoutres PRAD [17] (cf. Figure 36).

La première étape est de réaliser les poutres en BLC contre fléchées en usine et de lestransporter jusqu’au chantier. Par mesures économiques (limitation des charges et de la taille),chaque poutre continue est sectionnée en deux au niveau de l’appui central : une longueur de18,60m et de 20,50m. En effet, le coût peut être multiplié par cinq suivant qu’un transport decatégories 1,2 ou 3 est utilisé. Dans le cas du transport de poutres PRAD, il est typique detransporter des poutres de 20-25 m, la même hypothèse peut être prise pour le cas du bois.

Pour rappel :

Longueur (m) Largeur (m) Masse (kg)1re catégorie L <= 20 l <= 3 M <= 48 0002e catégorie 20 < L <= 25 3 < l <= 4 48000 < M <= 72 0003e catégorie L > 25 l > 4 M > 72 000

Tableau 11 – Réglementation des convois exceptionnels (Code de la route)

Par ailleurs, les platines métalliques assurant la connexion bois béton seront préalablementdisposées sur chaque poutre en usine pour un gain de temps sur chantier et pour garantir unemeilleure sécurité.

Une fois les poutres BLC amenées sur le chantier, elles sont posées directement sur leursappuis :

- Sur les culées, les appuis en néoprène définitifs reçoivent chaque poutre

- Sur l’appui central, un dispositif d’appuis provisoires permet de soutenir les poutres depart de d’autre de la pile le temps d’effectuer le hourdis et l’entretoise. Ils serontenlevés une fois le béton durci et le fonctionnement complet de la structure mixte.

Des coffrages perdus en bois sont ensuite fixés entre chaque poutre.

Le tablier est réalisé en deux étapes. Pour les parties de rives en encorbellement, la solution lamoins coûteuse et la plus efficace nécessite de les préfabriquer en usine. En effet, couler enplace les encorbellements nécessiterait la mise en place de coffrages à l’extérieur, plus coûteux.

La connexion avec les poutres en bois s’effectue à l’aide de fenêtres situées à intervallesconstants pour laisser passer les connecteurs dans la dalle. L’étape suivante est de couler lereste de la dalle béton, dans la partie centrale ainsi que dans les fenêtres.

La structure devenant mixte, les éléments de superstructure peuvent être mis en place :trottoirs, longrines, barrière BN4, enrobés...


59

Figure 36 – Phasage de réalisation


60

3.3 Pont à poutres PRAD

La variante détaillée dans cette partie est celle sur laquelle s’est basée l’étude. C’est la solutionqui a été réalisée dans le cadre du projet de l’A65. Les études (phase PRO) menées par ARTELIAont déterminé une coupe longitudinale, une coupe transversale et une vue en plan de l’ouvrage.

Le passage supérieur à poutres précontraintes par adhérence est constitué de 8 poutres PRADdisposées tous les 1,11 m et supportant un hourdis béton de 22 cm (cf Annexe 6):

Figure 37 – Coupe transversale de la variante à poutres PRAD

3.4 Pont à poutrelles enrobées

Une variante en poutrelles enrobées a aussi été dimensionnée à l’aide d’un outil de calcul propreau groupe. Le dimensionnement est réalisé en flexion longitudinale à l’ELS : vérification descontraintes sous moments positifs, sous moments négatifs et vérification au déversement despoutrelles (cf. Note de calcul en Annexe 5).

Structure retenue (cf. Figure 38)

- 10 HE500A espacés de 0,76 m avec un encorbellement de 0,67m


61

Figure 38 – Caractéristiques géométriques des poutrelles

- Epaisseur moyenne totale de béton coulé : 0,61 m

Figure 39 – Coupe transversale de la variante mixte acier/béton

3.5 Bilan comparatif

3.5.1 Coût

Les coûts pour chaque variante sont les suivants (cf. détail en Annexe 9) :

Mixte bois/béton PRAD Mixte acier/bétonCoût total du PS 790 000 € 675 000 € 750 000 €Coût du tablier 300 000 € 185 000 € 255 000 €

Coût forfaitaire m² de tablier 2 463 €/m² 2 104 €/m² 2 324 €/m²% de différence avec la variante bois béton / -15% -5%

Tableau 12 – Coûts totaux des variantes


62

La variante mixte bois/béton est la plus onéreuse des trois atteignant 790 000€. La pluséconomique est le pont PRAD dont le montant est inférieur de 15% à la solution développée.Enfin, le prix entre le mixte bois/béton et le mixte acier/béton est relativement équivalent (5%d’écart).

La différence provient uniquement du prix tablier, seule partie du pont qui a été modifiée dansles différentes variantes. Les éléments restants (prix généraux, terrassement, pile, appuis,culées, équipements annexes…) ont été laissés aux mêmes valeurs pour assurer la comparaison.Il faut regarder le détail du prix de chaque tablier (cf. tableau 13) pour expliquer une telledifférence :

Mixte bois/béton PRAD Mixte acier/bétonFabrication, transport, pose des poutres

(+ connecteurs) 240 000 € 125 000 € 165 000 €Dalle béton 60 000 € 60 000 € 90 000 €

Tableau 13 – Coûts totaux des tabliers

La réalisation d’une poutre en BLC est aujourd’hui assez coûteuse par rapport à la productiondes autres matériaux, ce qui remet en doute l’utilisation d’un tel matériau. Cependant, enanalysant le coût global sur l’ensemble de l’ouvrage, cette différence est moins élevée.

3.5.2 Mise en œuvre et entretien

Pour l’ensemble des variantes, l’exécution du tablier est rapide. Les poutres sont mises en placesur le chantier rapidement à l’aide de moyens de levage courants et les coffrages perdus sontpositionnés pour le bétonnage du hourdis.

A cette étape, des premières différences apparaissent. Le mixte bois/béton utilise des partiesde rives préfabriquées ; le PRAD coule entièrement sa dalle en place et le mixte acier/béton aune réalisation du hourdis en deux phasages (évitant ainsi le déversement des poutrelles). Larapidité d’exécution pourrait être un avantage de la réalisation en bois qui ne laisse que la partiecentrale à couler sur place. Cependant pour assurer cette rapidité d’exécution, il est importantde bien concevoir les fenêtres des dalles préfabriquées pour pouvoir les connecter aux goujons.

Concernant la maniabilité lors de la pose, les poutres en béton sont considérablementdésavantagées, pesant 11,5 t pour les plus lourdes. Les poutres en acier et en bois sontbeaucoup moins lourdes, pesant respectivement 2,4 et 3,7 t.

Au niveau de l’entretien, il est indispensable durant le contrôle triennal (IQOA), de vérifier leséléments principaux concernés par une garantie contractuelle : joints de chaussées, appareilsd’appuis, étanchéité, protection anticorrosion…). Les poutres PRAD ne nécessitent aucuntraitement à renouveler alors qu’il est usuel de remettre une couche de peinture ou demétallisation en sous face de poutrelles tous les 10 ans. Concernant le bois, les poutres doiventfaire l’objet de remise de peintures, de vernis ou de lasures spécifiques à chaque essence etd’environnements agresseurs. L’entretien nécessite une remise de couche tous les 4 à 8 ans.

Dans notre cas, aucun traitement fongicide ni insecticide n’est à mettre en œuvre sur le Douglas(essence résistante naturellement à la classe d’emploi 3) mais une couche de lasures peut êtreappliquée.

3.5.3 Impact environnemental

Le paragraphe suivant a pour but d’étudier l’impact environnemental des trois variantesstructurelles de tablier sur la base d’une ACV (Analyse du Cycle de Vie).

L’ACV est une analyse globale déterminant plusieurs types d’impacts depuis l’extraction desmatières premières jusqu’à la fin de vie du matériau :


63

- la consommation de ressources énergétiques (renouvelable et non renouvelables),- l’épuisement des ressources,- la consommation d’eau totale,- la quantité de déchets solides,- le changement climatique,- l’acidification atmosphérique,- la pollution de l’air,- la pollution de l’eau,- la destruction de la couche d’ozone stratosphérique,- la formation d’ozone photochimique.

Les matériaux sont soumis à plusieurs tests dont les résultats sont répertoriés dans les FDES(Fiches de Déclaration Environnementale et Sanitaire).

Les données utilisées proviennent du site publique www.inies.fr fournissant l’ensemble desFDES existantes à ce jour. Celles-ci concernent des matériaux spécifiques et s’inscrivent dansdes cas plus appliqués au bâtiment. On assimilera donc nos matériaux à ceux du tableau 12, afinde donner un ordre de grandeur des impacts que peuvent engendrer les trois variantes.

Les matériaux testés ont pour caractéristiques :

BLC FDES Poutre en Bois de Douglas Lamellé Collé, hors-aubier, certifiée PEFC, COSYLVA

Essence : Douglas hors aubier (Limousin)Colle : Mélamine-Formol (lamellation), 91%, Mélamine-Urée-Formol (aboutage), 9%Traitement/entretien : Pas d’entretien durant la phase d’exploitationProduit complémentaire : Aucun

BP FDES Poutre en béton précontraint, FIB-CERIB

Caractéristique : Ciment : CEM I 52,5Traitement/entretien Pas d’entretien durant la phase d’exploitationProduit complémentaire : adjuvants, polystyrène expansé, produit de ragréage, huilesindustrielles, bois de calage pour transport

Poutrellesacier

FDES Poutrelle en acier, OTUA

Section : IPE 360Connecteurs : goujonsTraitement : type de traitement non communiqué sur la FDES

Dalle BA FDES Dallage industriel à base de béton XF1 C25/30 CEM II, BPE-UNESI-CIMBéton

Caractéristique : Béton XF1 C25/30 CEM IITraitement/entretien Pas d’entretien durant la phase d’exploitationProduit complémentaire : ferraillage (1,5kg de TS par m²), mousse de désolidarisation(HDPE) : 0,39 kg, film polyane 0,14 kg, joints de garnissage (PVC) : 0,055kg

Tableau 14 – Caractéristiques des matériaux issus des FDES

Suivant le matériau et pour chaque impact environnemental, on applique un coefficient calculéproportionnellement au volume ou au poids de la solution par rapport à celle de référence.


64

3.5.3.1 Variantes considérées

Var 1 :mixte

béton/BLC

7 poutres en BLCDalle béton de 22 cm d’épaisseur

Var 2 :PRAD

8 poutres PRADDalle béton de 22 cm d’épaisseur

Var 3 :Poutrellesenrobées

10 poutrelles en acierDalle de béton de 55 cm d’épaisseur

Tableau 15 – Les trois variantes de comparaison

3.5.3.2 Résultats et analyses

Les résultats pour chaque variante de tablier (durée de vie typique de 100 ans) sont présentéssous la forme de deux impacts considérés comme les plus importants (calcul en Annexe 10) :

Changement climatique : il concerne les émissions de gaz à effet de serre engendré durant lavie du matériau : leur trop grand rejet influe sur le changement climatique mondial. La quantitéde gaz est exprimée en kg équivalent CO2 pour avoir une base de référence. En réalité,plusieurs autres gaz sont comptabilisés (CO, NO2, SO2…)

Energie non renouvelable : les FDES définissent deux types d’énergie consommée : l’énergierenouvelable et l’énergie non renouvelable (l’addition des deux formant l’énergie primairetotale). Cependant, une certaine incohérence existe si l’on considère ensemble les deux sourcesd’énergies. En effet, la norme mélange l’énergie matière intrinsèque et l’énergie procédé5 issuede sa production, ce qui pénalise l’utilisation du bois.

5 Définis dans la norme ISO 14 040

Energie matière

+

Energie procédé

Energie matière nonrenouvelable

Energie matièrerenouvelable

Energie procédé nonrenouvelable

Energie procédérenouvelable

+

Energie renouvelable

+

Energie renouvelable

Energie primaire totale

ISO 14 040 NF P 01 010

Figure 40 – Décomposition de l’énergie primaire totale suivant les normes


65

Par exemple, un matériau d’origine renouvelable et comportant un fort contenu énergétique(bois énergie), peut avoir un impact environnemental plus fort qu’un matériau n’ayant aucuncontenu énergétique (béton) nécessitant plus d’énergie pour sa fabrication. En effet, l’énergieintrinsèque du premier matériau qui n’est pas pris en compte, peut cependant être récupérée enfin de vie lors du recyclage. Pour cette raison, l’énergie considérée sera seulement l’énergie nonrenouvelable dans notre cas.

Tableau 16 – Impacts environnementaux des trois variantes

3.5.3.3 Comparaison des solutions BLC, BP et à poutrelles enrobées

Les histogrammes précédents permettent de tirer plusieurs conclusions relatives à l’utilisationdu bois par rapport aux autres matériaux.

Le grand avantage de la solution mixte en bois/béton est sa répercussion minime vis-à-vis duchangement climatique (kg équivalent CO2). En effet, on a une émission de seulement 65 501 -30857 = 34644 kg eq CO2, causée par le stockage de carbone par le bois. L’impact des variantesen PRAD et à poutrelles enrobées est égal au double voire au quadruple de celui d’un tablierutilisant des poutres en bois. Par ailleurs, sa consommation d’énergie non renouvelable estrelativement faible (équivalente à la variante 2 en PRAD), et reste très inférieure à la variante 3.

65 501

65 501

162 265

-30 857

15 076

4 226

-50 000

0

50 000

100 000

150 000

200 000

Var 1 : mixte Béton/BLC Var 2: PRAD Var 3: Poutrelles enrobées

Changement climatique sur 100 ans (kg eq CO2)

Poutre

Dalle

608 227 608 227

1 506 743254 906 158 986

61 332

0

200 000

400 000

600 000

800 000

1 000 000

1 200 000

1 400 000

1 600 000

1 800 000

Var 1 : mixte Béton/BLC Var 2: PRAD Var 3: Poutrelles enrobées

Consommation d'énergie non renouvelable sur 100 ans (MJ)

Poutre

Dalle

Total34 644


66

La consommation d’énergie pour les trois variantes est principalement due à la production et àla réalisation du hourdis béton. En effet, les deux premières variantes, utilisant la mêmequantité de béton pour le hourdis, ont des valeurs similaires. Par contre, la solution despoutrelles enrobées nécessite une quantité considérable de béton pour le hourdis, ce qui influesur la consommation totale du tablier. Ceci peut être expliqué par l’énergie (pétrole, charbon)utilisée pour la production des matières premières et du béton lui-même.

En résumé, si un choix devait être porté sur l’une des trois variantes, celle-ci s’orienterait vers letablier mixte bois béton : ayant une émission de CO2 relativement faible, il possède aussi uneconsommation énergétique équivalente à celle du béton, et inférieure à la solution enpoutrelles enrobées.

Cependant, la diversité des essences et des origines de production laissent à penser qu’unimpact existe suivant le bois utilisé.

3.5.3.4 Comparaison d’essences et d’origines des bois

L’essence et l’origine du bois peut faire varier l’impact écologique sur la planète. Ce paragraphetente de le démontrer par l’utilisation des données de la base www.inies.fr.

Seulement deux FDES concernant les poutres en BLC existent :

BLC 1 FDES Poute en Bois Lamellé Collé, SNBL et FCBA

Essence : Epicéa (Scandinavie),Colle : résorcine-phénol-Formol et Mélamine-Urée-FormolTraitement/entretien : Pas d’entretien durant la phase d’exploitation, lasure en phase de productionProduit complémentaire : Aucun

BLC 2 FDES Poutre en Bois de Douglas Lamellé Collé, hors-aubier, certifiée PEFC, COSYLVA

Essence : Douglas hors aubier (Limousin)Colle : Mélamine-Formol (lamellation), 91%, Mélamine-Urée-Formol (aboutage), 9%Traitement/entretien : Pas d’entretien durant la phase d’exploitationProduit complémentaire : Aucun

Tableau 17 – Caractéristiques des deux essences de bois

Les résultats obtenus sont les suivants (cf. Annexe 11 pour le détail des calculs)

321897254906

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

Poutre BLC1 Poutre BLC2

Consommation d'énergie non renouvelable sur 100 ans (MJ)


67

Tableau 18 – Impact environnementaux de deux essences de bois lamellés collés

Il existe une différence notable entre les deux solutions. La solution BLC2 semble se démarquerpar rapport à BLC1 grâce à ses impacts plus faibles sur l’environnement. Plusieurs facteurspeuvent rentrer en compte dans le calcul des indices environnementaux expliquant cettedifférence:

- l’origine du bois (Scandinavie) entraînant des distances de transport plus importantescomparée à la forêt du Limousin où a été prélevé le bois du BLC2,

- les deux types d’essences différentes (Epicéa et Douglas),

- la différence du type de colle et de traitement en production (lasure),

- la non prise en compte des mêmes phases d’ACV : phase de déconstruction omise pourle BLC1,

- l’incertitude des mesures, des appareils et des données utilisées (les deux analyses n’ontpas été effectuées par le même organisme).

La conclusion à tirer de cette analyse est la nécessité d’utiliser des bois plantés dans des forêtsproches de l’usine et du chantier. Cela permet de limiter le transport du matériau sur delongues distances et donc limiter l’émission de CO2. D’autre part, le choix de l’essence et dutype de colle paraît déterminante dans les impacts tels que le volume des déchets, la pollutionde l’eau ou encore la pollution atmosphérique.

3.5.4 Aspect architectural

Mixte bois/béton PRAD Poutrelles enrobéesElancement

(poutre/métal seul)1/20 e 1/23 e 1/42 e

Epaisseur du tablier 1,27 m 1,12 m 0,61 m

Tableau 19 – Elancement des trois variantes

Pour caractériser l’aspect architectural, l’élancement de chaque variante donne une idée de lagéométrie du tablier. La solution mixte acier/béton se distingue des deux autres qui possèdentun élancement relativement similaire.

-19474

-30857

-35000

-30000

-25000

-20000

-15000

-10000

-5000

0Poutre BLC1 Poutre BLC2

Changement climatique sur 100 ans (kg eq CO2)


68

Concernant l’aspect esthétique, qu’elles soient en béton ou en bois, les poutres vont êtreaperçues quelques secondes par les automobilistes roulant sur l’autoroute sans vraiment y faireattention. L’apport esthétique en dehors de la couleur du bois n’apporte donc aucune valeurajoutée.

Par contre, il pourrait être plus intéressant de construire des ouvrages bois dans des zones plusurbanisées où un autre type de population pourrait être sensibilisé (piétons, cyclistes, usagersde transport en commun…). Cependant, ce type d’ouvrage a des contraintes urbaines plusimportantes telle qu’une limitation de la hauteur des poutres en bois.

En contrepartie, on pourrait penser adapter ce type d’ouvrage en bois en périphérie de grandesagglomérations (zones à plus grandes visibilité), permettant de montrer leur prise de positionen faveur du développement durable en leur donnant par exemple une certaine image de« région responsable ».

3.5.5 Tableau récapitulatif et bilan comparatif

Mixte bois/béton PRAD Mixte acier/bétonElancement

(poutre/métal seul)+

1/20 e+

1/23 e+++

1/42 e

Coût 790 000 €675 000 €

(+15 %)750 000 €

(+5%)

Mise en œuvre

Rapidité d’exécution : +++Le hourdis est préfabriqué en

rive

Facilité de mise en place :+++

Les poutres en bois, pluslégères malgré leurs

dimensions, sont plusmaniables que celles en

béton.

Rapidité d’exécution : ++Le coulage du hourdis se fait

en une fois

Facilité de mise en place : +

Rapidité d’exécution : +Deux phases de coulage du

béton (pour éviter ledéversement des poutrelles)

Facilité de mise en place : ++

Entretien deséléments structuraux

-Suivant les essences et les

classes d’emploi, les vernis,peintures ou lasures sont àremettre tous les 4 à 8 ans

++Ne nécessite pas

particulièrement d’entretien.

-Nécessite le traitement dessous faces de poutrelles à

l’aide de peinture oumétallisation (fréquence: tous

les 10 ans)Impact sur lechangement

climatique

+++35 000 kg eq CO2

+80 000 kg eq CO2

--170 000 kg eq CO2

Emission d’énergienon renouvelable

+900 000 MJ

+800 000 MJ

--1 600 000 MJ

Tableau 20 – Bilan comparatif des trois variantes

L’étude comparative décrite dans la troisième partie du rapport a permis de tirer plusieursconclusions sur l’utilisation de bois dans le domaine des ouvrages d’art routier. Les avantages etinconvénients sont détaillés dans les paragraphes suivants.


69

3.5.5.1 Avantages

A première vue, un tablier de structure bois/béton possède de nombreux avantages. Toutd’abord, au niveau de la mise en œuvre, le montage est rapide et efficace du fait du poids légerde la structure en BLC. De plus, il ne nécessite que peu de main d’œuvre.

En termes de développement durable, le bois est le matériau de construction le plus à même derespecter l’environnement : une consommation d’énergie faible et peu d’impact sur lechangement climatique (à condition de choisir des essences adéquates). En outre, il permettraitde relancer économiquement une filière bois en pleine expansion.

Concernant sa géométrie, les poutres de 1,05m sont hautes mais pris dans sa globalité, letablier reste esthétique et envisageable pour des ouvrages courants (élancement de 1/20e).

Techniquement, la solution est réalisable : les fabricants savent couramment produire despoutres GL28h de cette dimension, mais on approche des limites du matériau (les essences debois massif supérieure à C30 sont rares en France).

Enfin, si le bois est correctement choisi (ici, du Douglas du Limousin), aucun traitementfongicide ou insecticide n’est à prévoir. Seules des couches de lasures peuvent être appliquéespour assurer une meilleure étanchéité, mais restent facultatives.

3.5.5.2 Limites

Une solution à poutres en BLC a certaines limites. Notamment en termes de portée, où lafabrication en usine limite la longueur à 40m. Au niveau du transport aussi, il est rare d’assisterà des déplacements de poutres de plus de 25 à 30m de long. L’étude comparative a doncconsidéré un pont de portée maximale de 20,5 m, qui semble être compris dans la gamme deportée optimale pour ce type d’ouvrage (située entre 15-25 m).

Par ailleurs, le coût de l’ouvrage reste nettement supérieur à la solution en PRAD (+15%) et àcelle en poutrelles enrobées (+5%). Ce principal inconvénient reste celui sur lequel la France doitfaire des progrès car en l’absence d’un réel marché, les ouvrages d’art en bois risquent dedemeurer toujours plus chers par rapport à leur équivalent en béton ou acier.

Pour répondre à cet argument de surcoût et convaincre les maîtres d’ouvrage, on peut imaginerjouer sur le fait qu’un ouvrage de ce type peut montrer le dynamisme d’une région. Ainsi, elleserait considérée comme respectueuse de son environnement, de son patrimoine tout en étanttournée vers l’avenir par le développement de ses richesses naturelles. La Corrèze a parexemple beaucoup communiqué sur le Pont de Merle (1999), inédit en France.

Il semble aussi que le véritable frein est le manque de confiance des maîtres d’ouvrages dans lematériau. Pourtant, avec une conception sérieuse (éviter toute stagnation d’eau dans le bois,avoir des essences bien choisies), son utilisation pour des ouvrages d’art routiers courants estenvisageable techniquement et n’a rien à envier à une solution béton.

Comme en témoigne la solution évoquée dans le rapport, l’avenir pourrait être tourné en cesens. Il suffirait de quelques ouvrages de références avec un coût moindre, des traitementsminimes pour rassurer les maîtres d’ouvrage et permettre de relancer une filière nationale.

3.5.5.3 Avancées technologiques

Dans le domaine des Ouvrages d’art, les études sur le matériau bois et les structures mixtesacier/béton sont actuellement en plein développement. Deux guides sont sur le point deparaître pour permettre aux maîtres d’ouvrage et concepteurs d’avoir une base solide pour defuturs ponts :

- Guide méthodologique : « Ponts mixtes bois/béton. Application aux ponts routes. »Edition Cete de l’Est/Sétra


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- « Guide de conception des ouvrages d’art en bois. » Edition AFGC

Par ailleurs, plusieurs thèses sont en cours de réalisation concernant les connexions entre le boiset le béton (problématique du glissement et de la rigidité), qui permettront de définir quelquessolutions intéressantes.

A cela s’ajoute des avancées technologiques considérables comme le bois d’essence Accoya®,récemment utilisé pour un pont Bow-string aux Pays-Bas (2010). Ce nouveau matériau seraitcapable de donner au bois des résistances mécaniques fortes et durables avec des dimensionsexceptionnelles.

Avec ce renouveau du bois, l’avenir semble donc tourné vers de nouveaux ouvrages innovants.


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Conclusion

Les objectifs de ce Projet de Fin d’Etudes peuvent se résumer en deux grandes parties :

Recherche bibliographique sur les ouvrages d’art en bois et retour d’expériencesur différents critères pouvant aider à une future conception

Conception d’un pont de structure bois et analyse comparative avec l’équivalenten PRAD et en poutrelles enrobées, permettant de conclure sur sa viabilité

Ainsi, dans une première étude du contexte actuel des ouvrages en bois, j’ai pu comprendrepourquoi le matériau était délaissé dans le domaine et quelle pouvait être son futurdéveloppement. Matériau remarquable, il a des propriétés propres à lui, telles que sonanisotropie, sa réaction face à l’humidité et ses vertus écologiques.

Avec ce retour d’expérience et les contacts que j’ai pu avoir avec des personnalités du domaine,j’ai basé mes recherches sur un type de pont particulier : le pont de structure mixte bois/béton.Pouvant s’appliquer dans le cas d’ouvrages courants, il a l’avantage de pouvoir se développer àgrande échelle. Un système de huit poutres en bois lamellé collé (420x1050 mm) connecté à unhourdis béton de 22 cm permet de reprendre les charges routières typiques en structure mixte.

L’étude comparative qui a suivi, a ensuite eu pour objectif d’apporter une vision critique decette solution pour en tirer les conclusions nécessaires répondant à la problématique. Au final,avec une conception sérieuse (éviter toute stagnation d’eau dans le bois, avoir des essencesbien choisies), son utilisation pour des ouvrages d’art routiers courants est envisageabletechniquement et n’a rien à envier d’autres solutions, si ce n’est son coût (+15% par rapport àson équivalent béton, +5% par rapport à son équivalent mixte acier/béton). Cependant, lesavantages existent en termes de mise en œuvre et de respect environnemental, valeurs pourlesquelles les maîtres d’ouvrages sont de plus en plus sensibilisés.

D’un point de vue plus personnel, l’étude menée tout au long de mon PFE chez ARTELIA Ville &Transport a été très enrichissante dans l’optique d’appréhender au mieux le métier d’ingénieuren maîtrise d’œuvre de conception. Traitant d’un sujet de recherche au sein même d’un bureaud’études, le PFE m’a permis d’apprécier l’environnement de l’entreprise tout en étantautonome sur mon projet. J’ai par ailleurs pu m’investir dans un domaine que j’affectionne toutparticulièrement et vers lequel je me destinerai, celui des ouvrages d’art.


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Bibliographie

Ouvrages

[1] BARBIER Vincent, BERTHELLEMY Jacques. Les ponts en bois (première partie) – Pointsde repère sur un matériau mal connu. Ouvrages d’art n°48, avril 2005, p22-29.

[2] CALVI Dominique. Les ponts en bois. E.N.T.P.E., 1998, 40p.

[3] BARBIER Vincent, BERTHELLEMY Jacques, CALVI Dominique, CHAZELAS Jean-Louis,CORFDIR Pierre, JELDEN Stella, LAPLANE Jérôme, LEROY Robert. Les ponts en bois,comment assurer leur durabilité. SETRA, 2006, 127p.

[4] TRIBOULOT Pascal. Caractéristiques mécaniques et physiques – Anisotropie ethygroscopie, 7/03/00, Ecole des Ponts et Chaussées. Ponts Formation Edition, 2000.

[5] HERZOG Thomas, VOLZ Michael, NATTERER Julius, WINTER Wolfgang, SCHWEITZERRoland. Le matériau bois. In: Construire en bois. 3e éd. Suisse : Presses Polytechniques etUniversitaires Romandes, 2007. p.31-41. ISBN 978-2-88076-602-5.

[6] DUBOIS Frédéric, PETIT Christophe. Comportement et durabilité des ponts à ossaturebois – Instrumentation et suivi du pont de Merle. Réseau Génie Civil & Urbain. 2003, 65p.

[7] Inventaire Forestier National. La forêt française – Les résultats issus des campagnesd’inventaire 2005 à 2009. [en ligne]. Nogent-sur-Vernisson : IFN, 2010. Disponible surhttp://www.ifn.fr/spip/IMG/pdf/IFN_PubliNat2009_web2.pdf (08/02/12).

[8] BENOIT Yves, LEGRAND Bernard, TASTET Vincent. Calcul des structures en bois. 2etirage. Edition Eyrolles, AFNOR. Paris : 2008, 443p. ISBN : 978-2-212-12042-4.

[9] DUPRAT Frédéric. Construction Bois 1. INSA Toulouse Département Génie Civil [enligne]. Disponible sur https://intranet.insa-toulouse.fr/view/433/.../construction_bois-1.pdfPages similaires (21/02/12).

[10] UNFCMP. Structures en bois aux états limites – Tome 2, introduction à l’Eurocode 5 –Calcul de structure. Edition Eyrolles. 1997. 544p. ISBN : 978-2-212-11833-9.

[11] NATTERER Julius, SANDOZ Jean-Luc, REY Martial. Construction en bois, matériaux,technologie et dimensionnement – volume 13 du Traité de Génie Civil. 2e édition. PressesPolytechniques et Universitaires Romandes. 2011. 542p. ISBN : 978-2-88074-949-1.

[12] PHAM Hoai Son. Optimisation et comportement en fatigue de la connexion bois-BFUPpour de nouveaux ponts mixtes. [en ligne]. Structure et matériaux. Ecole Nationale desPonts et Chaussées 2007, 200p. Disponible sur : http://bib.rilk.com/3725/01/These_-_Hoai_Son_PHAM.pdf (01/03/12).

[13] BIGNIER Grégoire. Architecture et écologie, comment partager le monde habité ? EditionEyrolles. 2012. 159p. ISBN : 978-2-212-13374-5.

[14] MILLER Carole. Prévenir et gérer les déchets de chantier, méthodologie et outilspratiques opérationnels. Edition du Moniteur. 2009. 160p. ISBN : 978-2-281-12721-8.


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[15] BERNSTEIN Daniel. Traité de construction durable, principes et détails de construction.Edition du Moniteur.2007. 814p. ISBN : 978-2-281-11328-0

[16] MBARGA Marilyne. Prédimensionnement de planchers mixtes bois-béton. Génie Civil.Strasbourg : INSA de Strasbourg, 2009, 76p.

[17] SETRA. Ponts-routes à poutres préfabriquées précontraintes par adhérence – PRAD,Guide de conception. Edition du SETRA. 1996. 111p. ISBN : 2-11 085784 6

[18] SETRA. Guide du Projeteur Ouvrages d’Art, Ponts Courants. Edition du SETRA 1999.306p. ISBN : 2-11085852 4

Normes

[19] AFNOR. Eurocode 4 : Calcul des structures mixtes acier-béton – Partie 2 : Règlesgénérales et règles pour les ponts, NF EN 1994-2. 2006, 87p.

[20] AFNOR. Eurocode 4 : Calcul des structures mixtes acier-béton – Partie 2 : Règlesgénérales et règles pour les ponts, Annexe nationale à la NF EN 1994-2 :2006, NF EN1994-2/NA. 2007, 7p.

[21] AFNOR. Eurocode 5 : Conception et calcul des structures en bois – Partie 1-1 : Généralités– Règles communes et règles pour les bâtiments, NF EN 1995-1-1. 2005, 111p.

[22] AFNOR. Eurocode 5 : Conception et calcul des structures en bois – Partie 1-1 : Généralités– Règles communes et règles pour les bâtiments, Annexe nationale à la NF EN 1995-1-1 :2008, NF EN 1995-1-1/NA. 2010, 9p.

[23] AFNOR. Eurocode 5 : Conception et calcul des structures en bois – Partie 2 : Ponts. NF EN1995-2. 2005, 31p.

[24] AFNOR. Eurocode 5 : Conception et calcul des structures en bois – Partie 2 : Ponts,Annexe nationale à la NF EN 1995-2 :2005. NF EN 1995-2/NA. 2007, 5p.

[25] AFNOR. Bois de structure, Classes de résistance, NF EN 338. 2003, 7p.

[26] AFNOR. Bois lamellé collé, dimensions, NF EN 390. 1995, 9p.

[27] AFNOR. Durabilité du bois et des matériaux dérivés du bois, définition des classesd’emploi, NF EN 335-1. 2007, 11p.


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Annexes

Annexe 1 : Classe de résistance des bois massif (NF EN 338)

Annexe 2 : Diagramme hygroscopique du bois

Annexe 3 : Récapitulatif des ponts routiers en France de structure bois

Annexe 4 : Note de calcul - Dimensionnement d'une section mixte bois-béton en flexionlongitudinale - 2 travées

Annexe 5 : Coupe transversale de la variante mixte bois/béton (ech. 1/50e)

Annexe 6 : Coupe transversale de la variante PRAD (ech. 1/50e)

Annexe 7 : Coupe transversale de la variante à poutrelles enrobées (ech. 1/50e)

Annexe 8 : Note de calcul - Dimensionnement d'une section mixte acier-béton en flexionlongitudinale

Annexe 9 : Détail des coûts des trois variantes

Annexe 10 : Calcul des impacts environnementaux

Annexe 11 : Comparaison des impacts environnementaux de deux poutres BLC

Documents

Projet de Fin d’Etudes - eprints2.insa-strasbourg.freprints2.insa-strasbourg.fr/1148/1/Rapport_Olivier_Ta.pdf · routier de structure mixte bois-béton : solution simple et innovante,