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Eurocode 5 : Dimensionnement et justification assemblages bois
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INNOVER FAÇONNER SOLUTIONNER EUROCODE 5 DIMENSIONNEMENT ET JUSTIFICATION D’ASSEMBLAGES SOMMAIRE 1. Cadre normatif 2. Typologies d’assemblages bois 3. Calcul des assemblages bois 3.1 Raideur Translation Rotation 3.2 Résistance de la connexion Cisaillement Effort axial 3.3 Résistance au fendage 3.4 Rupture de bloc 3.5 Distance entre connecteurs 3.6 Résistance des ferrures 4. Assemblage type couronne 5. Résistance au feu 3 1) CADRE NORMATIF • Méthodes d’analyse des structures • • • Déterministe : Par test en laboratoire, Calcul ponctuel, Exemple : CB71 Probabiliste : Analyse de probabilité, Espérance de résultats, Simulation d’un grand nombre de cas d’étude, Exemple : Méthode de monte-carlo Semi-probabiliste : Nombre limité d’échantillons, Coefficients partiels Exemple : EUROCODES 1 valeur d’entrée 1 résultat unique en sortie Plusieurs valeurs en entrée une probabilité d’occurrence en sortie Une valeur moyenne, un écart type… en entrée 1 résultat unique en sortie 4 1) CADRE NORMATIF • Organisation des Eurocodes Sécurité, aptitude au service et durabilité EN 1990 Eurocode 0 Bases de calcul Actions sur les structures Calculs selon matériaux et technologie de construction Dimensionnement géotechnique et sismique EN 1991 Eurocode 1 Actions sur les structures EN 1992 Eurocode 2 structures en béton EN 1993 Eurocode 3 structures en acier EN 1994 Eurocode 4 mixte acier/béton EN 1995 Eurocode 5 structures en bois EN 1996 Eurocode 6 maçonneries EN 1999 Eurocode 9 Aluminium EN 1997 Eurocode 7 Géotechnique EN 1998 Eurocode 8 Séismes 5 1) CADRE NORMATIF • Quelques normes et documents liées à la structures bois EC. 0, Bases de calcul. Méthode de coefficients partiels, combinaison de charges… EC 1, Actions sur les structures. Charges poids propre, exploitation Pression de vent Charges de neige… EC 2: structures en béton Plancher mixte DTU : 31.1-3… Charpente en bois EC. 5 Structures en bois NF EN 338, 384, 408, 14080… Classes mécaniques du bois Avis technique des produits spécifiques EC 3 : structures en acier Structures mixtes Assemblages 6 1) CADRE NORMATIF • Structure de NF EN 1995 (Eurocode 5 « calcul de structures en bois) • Partie 1-1 : Règles générales et règles pour les bâtiments (NF EN 1995-1-1) • A1 : Amendement (NF EN 1995-1-1/A1) • A2 : Amendement (NF EN 1995-1-1/A2) • AN : Annexe nationale (NF EN 1995-1-1/NA) • Partie 1-2 : Calcul des structures au feu (NF EN 1995-1-2) • AN : Annexe nationale (NF EN 1995-1-2/NA) • Partie 2 : Ponts (NF EN 1995-2) • AN : Annexe nationale (NF EN 1995-2/NA) Partie 2 Partie 1-2 Partie 1-1 7 1) CADRE NORMATIF • Composition de NF EN 1995-1-1 Eurocode 5 « calcul de structures en bois - règles générales et règles pour les bâtiments » • Section 1 : Généralités Références, définitions générales… • Section 5 : Bases de l’analyse de structure Hypothèses de modélisation et analyse de structures… • Section 2 : Variables de base Combinaisons et classes chargement, Valeur E, G, Kser, Kdef... Rd (résistance de calcul), Coefficient partiel gm… • Section 6 : Vérification aux Etat limites ultimes Traction, compression, flexion, cisaillement, torsion, Sollicitations combinées (Ex: traction + flexion), Stabilité : déversement, flambement, Sections variables, éléments entaillés… • Section 3 : Propriétés de matériaux Facteur de modification Kmod, Facteur de déformation kdef, Facteur de correction Kh… • Section 7 : Vérification aux Etat limites de service Valeur Kser, Limite pour les flèches, Vibrations… • Section 4 : Conditions de durabilité Résistance aux organismes biologique, Résistance à la corrosion (assemblages métalliques)… * Description non exhaustive 8 1) CADRE NORMATIF • • Composition de NF EN 1995-1-1 Eurocode 5 « calcul de structures en bois - règles générales et règles pour les bâtiments » Section 8 : Assemblages par organes métalliques §8.1 : Généralités Vérification de fendage Effort alternée §8.2 : Capacité résistante latérale des tiges Théorie de Assemblage bois-bois et bois-panneau Johannsen Assemblage bois-métal - Moment d’écoulement plastique §8.3 : Pointes - Portance locale §8.4 : Agrafes - Nombre efficace §8.5 : Boulons - Espacement minimal §8.6 : Broches - Résistance à l’arrachement §8.7 : Vis et tire-fonds - Vérification cisaillement + arrachement §8.8 : Plaque embouties - … §8.9 : Anneaux §8.10 : Crampons • Section 9 : Composant et sous-systèmes Sections composées, Préconisations pour fermes, planchers diaphragmes, Vérification de murs à ossature bois (contreventement)… • Section 10 : Détails structuraux et contrôle Quelques exigences à respecter • Annexe A : Cisaillement de bloc Vérification au cisaillement Annexe B : Poutres assemblées mécaniquement Méthode de calcul applicable pour les planchers bois béton Annexe C : Poteaux reconstitués Méthode de calcul pour poteaux de section reconstitué (ex: poteau treillis)… • • 9 SOMMAIRE 1. Cadre normatif 2. Typologies d’assemblages bois 3. Calcul des assemblages bois 3.1 Raideur Translation Rotation 3.2 Résistance de la connexion Cisaillement Effort axial 3.3 Résistance au fendage 3.4 Rupture de bloc 3.5 Distance entre connecteurs 3.6 Résistance des ferrures 4. Assemblage type couronne 5. Résistance au feu 10 2) TYPOLOGIES DES ASSEMBLAGES BOIS • Traditionnels et/ou par contact • • • • Assemblage japonais (non utilisé dans le bâtiment) Ecologique Bois travaillant en compression/cisaillement calcul non trivial Pas de méthode de calcul spécifique dans EC5 (Guide Codifab) Ductilité très faible Par compression-cisaillement (collé ou pas) Assemblage bois-bois en grande échelle Boulon/tige/clou en bois Queue d’aronde 11 2) TYPOLOGIES DES ASSEMBLAGES BOIS • Surfacique Plaque à vis/pointes • Vis/pointe en cisaillement = assemblage bois-plaque métallique. Théorie de Johannsen Plaque métallique emboutie - Fermette industrielle • • • Abordé dans EC5 §8.8 Calcul industriel itératif à fin de optimiser la matière Logiciels de calcul fournir par le fabricant (Mitek, Wolf…) • Anneau / crampon • • • Abordé dans EC5 §8.9 Fonctionne avec un boulon Peu utilisé 12 2) TYPOLOGIES DES ASSEMBLAGES BOIS • 3D Standard Sabot, cornières, équerres… métallique • • • • Le plus courant dans la construction bois Pas traités de forme spécifique dans EC5 Ferrures visées ou clouées Connecteur type tige en cisaillement/arrachement Les fabricants présentent des abaques/tableaux de calcul 13 2) TYPOLOGIES DES ASSEMBLAGES BOIS • Mécano-soudé • • • • Dimensionnement de tige/boulons selon EC5 Dimensionnement de ferrures selon EC3 Ouvrages spécifiques Nécessité de modèles numériques 3D (exp : éléments finis) / tests en laboratoire 14 2) TYPOLOGIES DES ASSEMBLAGES BOIS • Connecteur type tige • • • • Travail en cisaillement et/ou arrachement Application de la théorie de Johannsen Cisaillement bois/bois ou bois/métal Définition selon NF EN 14592 15 2) TYPOLOGIES DES ASSEMBLAGES BOIS • Connecteur bois-béton • • • • • Travail en cisaillement Dimensionnement basé sur des tests en laboratoire Les fabricants proposent la réalisation du dimensionnement Pas de méthode de calcul spécifique dans EC, mais méthode dite « applicable » Bois-béton (contact et/ou colle) • Bois-béton (assemblage mécanique) Plancher 16 SOMMAIRE 1. Cadre normatif 2. Typologies d’assemblages bois 3. Calcul des assemblages bois 3.1 Raideur Translation Rotation 3.2 Résistance de la connexion Cisaillement Effort axial 3.3 Résistance au fendage 3.4 Rupture de bloc 3.5 Distance entre connecteurs 3.6 Résistance des ferrures 4. Assemblage type couronne 5. Résistance au feu 17 3) CALCUL DES ASSEMBLAGES BOIS • Méthodologie de vérification d’une structure/assemblages • Modélisation de poutres, poteaux, panneaux… • Modélisation de conditions limites/liaisons d’assemblages Calcul ELU/ELS • Analyse globale de la structure Analyse locale de la l’assemblage • Section de composant OK pour l’structure mais non suffisante pour l’assemblage Hypothèse de modélisation pessimiste pour structure mais pas pour l’assemblage 18 3) CALCUL DES ASSEMBLAGES BOIS Fendage Traction/compression/pression diamétrale… de la plaque acier Traction/cisaillement de la tige Rupture de bloc Résistance d’un assemblage par tige Arrachement + cisaillement Arrachement Cisaillement Glissement 19 SOMMAIRE 1. Cadre normatif 2. Typologies d’assemblages bois 3. Calcul des assemblages bois 3.1 Raideur Translation Rotation 3.2 Résistance de la connexion Cisaillement Effort axial 3.3 Résistance au fendage 3.4 Rupture de bloc 3.5 Distance entre connecteurs 3.6 Résistance des ferrures 4. Assemblage type couronne 5. Résistance au feu 20 3.1) RAIDEUR EN TRANSLATION Notations • • • • Force Glissement Raideur Jeu F u K Δu kser EC5 : K indépendant de la direction de l’effort Permet d’évaluer les déformations de la structure induites par les assemblages ELS kser 21 3.1) RAIDEUR EN TRANSLATION Observation expérimentale • Comportement ductile • Limite élastique pas marquée • Rigidité « en service » plus importante qu’à l’initiale • Test selon NF EN 26891:1991 kser ku = 0,67*kser 22 3.1) RAIDEUR EN TRANSLATION kser ET VIS ≥8mm ET VIS <8mm On considère le nombre total de connecteurs (non efficace) 23 3.1) RAIDEUR EN TRANSLATION La rigidité de l’assemblage correspond à la somme des valeurs de Kser par connecteur et par plan de cisaillement Kax en N/mm npc : nombre de plans de cisaillement • Pour calcul de déformations ELS Kser : pour flèches instantanées Kser,fin pour flèches à long terme • Pour calcul de contraintes ELU Ku 24 3.1) RAIDEUR EN ROTATION Modélisation des structures en fonction de l’assemblage q[°] Béton Encastrement M [kN*m] idéal Acier Acier Béton Bois Rotule idéale Comportement de l’assemblage q[°] Bois 25 3.1) RAIDEUR EN ROTATION Le comportement des assemblages influe les états de sollicitations et de déformations de la structure V+M Hypothèse : L’assemblage prend le moment d’encastrement Kw = ∞ • Contraintes (moment fléchissant) V Hypothèse : L’assemblage prends uniquement l’effort vertical M(0) = - qL^2 / 12 = x3 Kw = 0 M(0) = 0 qL^2 / 8 M(max) = qL^2 / 24 M(max) = qL^2 / 8 • Flèche d(max) = 1/384 qL^4/(EI) d(max) = 5/384 qL^4/(EI) Comportement réel. Assemblage semi-rigide Quelle est la rigidité du ressort ? Kw = x 26 3.1) RAIDEUR EN ROTATION Raideur de rotation par connecteur Raideur de rotation de l’assemblage r V+M Kw F Kw = npc *Krot * Nconnecteur npc = nombre de plan de cisaillement Quelle hypothèse de modélisation retenir ? (pas indiqué dans EC5) Kw Calculé avec kser Kw Calculé avec kU 27 3.2) RESISTANCE DE LA CONNEXION • Exercice • Calcul de rigidité r Kw F 28 SOMMAIRE 1. Cadre normatif 2. Typologies d’assemblages bois 3. Calcul des assemblages bois 3.1 Raideur Translation Rotation 3.2 Résistance de la connexion Cisaillement Effort axial 3.3 Résistance au fendage 3.4 Rupture de bloc 3.5 Distance entre connecteurs 3.6 Résistance des ferrures 4. Assemblage type couronne 5. Résistance au feu 29 3.2) RESISTANCE AU CISAILLEMENT Cisaillement Cisaillement C’est quoi un plan de cisaillement? 1P 2P 4P 1P 30 3.2) RESISTANCE AU CISAILLEMENT Modes de rupture de Johannsen 1 plan de cisaillement Bois-Bois Bois-Métal 31 3.2) RESISTANCE AU CISAILLEMENT Modes de rupture de Johannsen 2 plans de cisaillement Bois-Bois Bois-Métal 32 3.2) RESISTANCE AU CISAILLEMENT Source : AQCEN, FCBA, 2009 33 3.2) RESISTANCE AU CISAILLEMENT Dépend de : • Géométrie de l’assemblage et pré-perçage • Portance locale - Densité du bois - Diamètre du connecteur • Moment plastique - Qualité du métal - Diamètre de connecteur • Effet de corde - Résistance à arrachement - Diamètre de connecteur - Densité du bois Rupture du bois (portance locale) « Rupture balancée »… Rupture/plastification de la tige Arrachement de la tige Rupture au bord du bois * Cadré par les documents techniques (EC, DTU, Avis Technique, Fiche de produits…) 34 3.2) RESISTANCE AU CISAILLEMENT • Avant trous • Dépend de : • Géométrie de l’assemblage et pré-perçage • Portance locale - Densité du bois - Diamètre du connecteur • Moment plastique - Qualité du métal - Diamètre de connecteur • Effet de corde - Résistance à arrachement - Diamètre de connecteur - Densité du bois • • Impact sur la dépendance (ou non) de la direction de sollicitation Permet diminuer les distances aux bords Augmente la raideur de l’assemblage Compression // Compression T Compression T Compression T 35 3.2) RESISTANCE AU CISAILLEMENT • Avant trous • Dépend de : • Géométrie de l’assemblage et pré-perçage • Portance locale - Densité du bois - Diamètre du connecteur • Moment plastique - Qualité du métal - Diamètre de connecteur • Effet de corde - Résistance à arrachement - Diamètre de connecteur - Densité du bois 70% diamètre de vis, 80% pointe si : • Densité moyenne du bois ≥500kg/m3 • Diamètre important d≥8mm Dans l’Eurocode 5 En fonction de l’épaisseur de la pièce 2 fois plus exigent Bois sensible à la fissuration (Sapin, douglas, pin maritime) a4 36 3.2) RESISTANCE AU CISAILLEMENT • Portance locale Dépend de : • Géométrie de l’assemblage et pré-perçage • Portance locale - Densité du bois - Diamètre du connecteur • Moment plastique - Qualité du métal - Diamètre de connecteur • Effet de corde - Résistance à arrachement - Diamètre de connecteur - Densité du bois • • • • • Contrainte moyenne en compression locale du bois Prise en compte de la forme de la tige Notation : fh,k Unité : N/mm2 Valeur obtenue par essais ou formules empiriques Dans l’Eurocode 5 Bois massif et LVL *Sans pré-perçage OSB P. particules * Pointes fhead>2fbody *Avec pré-perçage • • Pointes, vis d≤8mm Boulons d≤30mm (attention à la direction de la sollicitation) * Boulon * Pointes fhead>2fbody Contreplaqué * Boulon d = diamètre du connecteur t = épaisseur du support rk = densité caractéristique du support ATec P. Fibre (Kronolux) P. Fibre ciment (Duripanel) 37 3.2) RESISTANCE AU CISAILLEMENT <8mm ≥8mm Dépend de : • Géométrie de l’assemblage et pré-perçage • Portance locale - Densité du bois - Diamètre du connecteur • Moment plastique - Qualité du métal - Diamètre de connecteur • Effet de corde - Résistance à arrachement - Diamètre de connecteur - Densité du bois fh,0,k fh,0,k fh,0,k fh,90,k Influence de l’angle de la sollicitation par rapport au fil du bois pour les boulons, les broches et pointes si d > 8 mm 38 3.2) RESISTANCE AU CISAILLEMENT Dépend de : • Géométrie de l’assemblage et pré-perçage • Portance locale - Densité du bois - Diamètre du connecteur • Moment plastique - Qualité du métal - Diamètre de connecteur • Effet de corde - Résistance à arrachement - Diamètre de connecteur - Densité du bois • • • • Moment de flexion entraînant la plastification de la tige Notation : MY,Rk Unité : N/mm Valeur obtenue par essais ou formules empiriques NF EN 409:2009 Dans l’Eurocode 5 • • • • Pointes et boulons Acier avec fu ≥600 N/mm2 Agrafes Acier avec fu ≥800 N/mm2 d = diamètre du connecteur fu= résistance en traction de l’acier Dans la fiche produits 39 3.2) RESISTANCE AU CISAILLEMENT • Effet de corde • • • • • • • Dépend de : • Géométrie de l’assemblage et pré-perçage • Portance locale - Densité du bois - Diamètre du connecteur • Moment plastique - Qualité du métal - Diamètre de connecteur • Effet de corde - Résistance à arrachement - Diamètre de connecteur - Densité du bois Présent s’il y a une élément qui bloque le glissement dans l’axe de la tige. Permet d’augmenter la résistance au cisaillement Notation : Fax,Rk Unité : N/mm2 Peut être limité (approche sécuritaire) Valeur obtenue par essais ou formules empiriques Directement lié à la résistance à l’arrachement Avec écrou Sans écrous 350 Avec Ecrou 300 250 Force [kN] Ref: thèse Bohan XU 2009 Sans écrou 200 150 100 50 0 0 Ref : Rothoblass 1 2 3 Déplacement [mm] 4 5 40 3.2) RESISTANCE AU CISAILLEMENT Dans l’Eurocode 5 (boulons) Dépend de : • Géométrie de l’assemblage et pré-perçage • Portance locale - Densité du bois - Diamètre du connecteur • Moment plastique - Qualité du métal - Diamètre de connecteur • Effet de corde - Résistance à arrachement - Diamètre de connecteur - Densité du bois Boulons Compression sous la rondelle Traction du boulon 41 SOMMAIRE 1. Cadre normatif 2. Typologies d’assemblages bois 3. Calcul des assemblages bois 3.1 Raideur Translation Rotation 3.2 Résistance de la connexion Cisaillement Effort axial 3.3 Résistance au fendage 3.4 Rupture de bloc 3.5 Distance entre connecteurs 3.6 Résistance des ferrures 4. Assemblage type couronne 5. Résistance au feu 42 3.2) RESISTANCE A L’EFFORT AXIAL Dépende de • Diamètre de connecteur, • Diamètre de la tête, • Longueur de pénétration, • Densité du bois. Arrachement Traction Arrachement 43 3.2) RESISTANCE A L’EFFORT AXIAL • • • Notation : Fax,Rk Unité : N Valeur obtenue par essais ou formules empiriques Dans l’Eurocode 5 (pointes) fax,k • fhead,k Autres types de pointes (crantés, annelées) : fiche produit 44 3.2) RESISTANCE A L’EFFORT AXIAL Dans l’Eurocode 5 (Tirefond) - Longueur de pénétration >6d - Sinon Arrachement Pénétration de tête fhead,k selon EN 14592 45 SOMMAIRE 1. Cadre normatif 2. Typologies d’assemblages bois 3. Calcul des assemblages bois 3.1 Raideur Translation Rotation 3.2 Résistance de la connexion Cisaillement Effort axial 3.3 Résistance au fendage 3.4 Rupture de bloc 3.5 Distance entre connecteurs 3.6 Résistance des ferrures 4. Assemblage type couronne 5. Résistance au feu 46 3.2) RESISTANCE DE LA CONNEXION • Théorie de Johannsen Analyse de modes de rupture BOIS-BOIS ou BOIS-PANNEAUX, 1 plan de cisaillement 47 3.2) RESISTANCE DE LA CONNEXION • Théorie de Johannsen Analyse de modes de rupture BOIS-BOIS ou BOIS-PANNEAUX, 2 plan de cisaillement 48 3.2) RESISTANCE DE LA CONNEXION • Théorie de Johannsen Analyse de modes de rupture BOIS-METAL, 1 plan de cisaillement Modes de rupture dépendent de l’épaisseur de la plaque Si t < 0,5d plaque mince Si t ≥ d plaque épaisse Si 0,5 ≤ t < d interpolation entre plaque mince et épaisse 49 3.2) RESISTANCE DE LA CONNEXION • Théorie de Johannsen Analyse de modes de rupture BOIS-METAL, 2 plans de cisaillement Si t < 0,5d plaque mince Si t ≥ d plaque épaisse Si 0,5 ≤ t < d interpolation entre plaque mince et épaisse 50 3.2) RESISTANCE DE LA CONNEXION • Réduction de l’effet de corde VIS Pointe section circulaire Rj = 100% <Rj*(0,15; 0,25; 0,50; 1…) 51 3.2) RESISTANCE DE LA CONNEXION 52 3.2) RESISTANCE DE LA CONNEXION 53 3.2) RESISTANCE DE LA CONNEXION • Nombre efficace • Résistance de l’assemblage Pour pointes : nef ≠ 4 VIS d<8mm Pour boulons : Ou d Pour tirefonds : VIS d≥8mm 54 3.2) RESISTANCE DE LA CONNEXION Résistance globale caractéristique de l’assemblage Fv,ef,Rk nef : nombre efficace m : nombre de files nplan : nombre de plan de cisaillement Fv,Rk : capacité résistance par organe et par plan de cisaillement Fv,ef,Rk=nef m nplan Fv,Rk • • Combinaison cisaillement + arrachement • Action alternée, vérifier Valeur de résistance de calcul 𝑭𝒂𝒙,𝑹𝒅 = 𝒌𝒎𝒐𝒅 • 𝑭𝒂𝒙,𝑹𝒌 𝜸𝑴 De manière générale vérifier : 55 3.2) RESISTANCE DE LA CONNEXION Si besoin : 𝑘𝑚𝑜𝑑 = 𝑘𝑚𝑜𝑑,1 𝑘𝑚𝑜𝑑,2 56 3.2) RESISTANCE DE LA CONNEXION • Exercice • Calcul de capacité de tige 57 3.2) RESISTANCE DE LA CONNEXION • Exercice • Calcul de l’assemblage • Bois C24 • Boulon d16 6.8 • Rondelle 50mm • Fv,Ed 45kN • Classe de service 2 • Moyen terme Fv,Ed 30° 210X45 58 3.2) RESISTANCE DE LA CONNEXION • Exercice • Calcul de l’assemblage • Bois GL24H • B : 135mm • H : 175mm • Broche d10 fu =550Mpa • Plaque e10 S235 • Kmod 0,9 • gm 1,3 a1 59 SOMMAIRE 1. Cadre normatif 2. Typologies d’assemblages bois 3. Calcul des assemblages bois 3.1 Raideur Translation Rotation 3.2 Résistance de la connexion Cisaillement Effort axial 3.3 Résistance au fendage 3.4 Rupture de bloc 3.5 Distance entre connecteurs 3.6 Résistance des ferrures 4. Assemblage type couronne 5. Résistance au feu 60 3.3) RESISTANCE AU FENDAGE * Efforts d’assemblages perpendiculaire par rapport au fi Assemblages concernés: • S’il y a une composante perpendiculaire aux fibres Calcul de résistance au fendage • A vérifier que : FEd sinα < F90,Rd FEd sinα FEd cosα F90,Rd Pour les résineux W = 1 (pour connecteur type tige) F90,Rd = F90,Rk* kmod / gm Valeurs en mm et N 61 SOMMAIRE 1. Cadre normatif 2. Typologies d’assemblages bois 3. Calcul des assemblages bois 3.1 Raideur Translation Rotation 3.2 Résistance de la connexion Cisaillement Effort axial 3.3 Résistance au fendage 3.4 Rupture de bloc 3.5 Distance entre connecteurs 3.6 Résistance des ferrures 4. Assemblage type couronne 5. Résistance au feu 62 3.4) RUPTURE DE BLOC Assemblages concernés • S’il y a une composante parallèle aux fibres • S’il est localisé à proximité d’une extrémité de l’élément bois • Seulement pour les assemblages bois/métal (EC5 §8.2.3(5)P) Fbs,Rd 63 3.4) RUPTURE DE BLOC • Résistance à la rupture de bloc A vérifier que : FEd < Fbs,Rd Traction Cisaillement Mode (c,f,l/l,k,m) Autres modes Résistance du bloc Traction Cisaillement ft,0,k : résistance du bois en traction fv,k : résistance du bois en cisaillement Plaque épaisse Plaque mince Lnet,v : longueur cisaillée Lnet,t : longueur en traction tef : longueur efficace (mode de rupture) 64 SOMMAIRE 1. Cadre normatif 2. Typologies d’assemblages bois 3. Calcul des assemblages bois 3.1 Raideur Translation Rotation 3.2 Résistance de la connexion Cisaillement Effort axial 3.3 Résistance au fendage 3.4 Rupture de bloc 3.5 Distance entre connecteurs 3.6 Résistance des ferrures 4. Assemblage type couronne 5. Résistance au feu 65 3.5) DISTANCE ENTRE CONNECTEURS 66 3.5) DISTANCE ENTRE CONNECTEURS Assemblage bois-bois par pointes a3,t = (10 + 5cos0)d = 15d a3,c = 10d a4,c= 5d a4,t a4,t = (5+5*sin90)d = 10d (si d≥5) 67 3.5) DISTANCE ENTRE CONNECTEURS Assemblage bois-bois par boulons Assemblage bois-bois par broches 68 3.2) RESISTANCE DE LA CONNEXION • Exercice • Positionnement de connecteurs • Résistance de bloc a4c a1 a3t a2 a4c 69 3.2) RESISTANCE DE LA CONNEXION • Exercice • Positionnement de connecteurs • Résistance au fendage a3c a1 a4c a2 Fv,ED a4c Fv,ED 30° a1 a4c Pièce 1 210X45 a2 a4t 70 SOMMAIRE 1. Cadre normatif 2. Typologies d’assemblages bois 3. Calcul des assemblages bois 3.1 Raideur Translation Rotation 3.2 Résistance de la connexion Cisaillement Effort axial 3.3 Résistance au fendage 3.4 Rupture de bloc 3.5 Distance entre connecteurs 3.6 Résistance des ferrures 4. Assemblage type couronne 5. Résistance au feu 71 3.6) RÉSISTANCE DES FERRURES • Résistance au cisaillement de tige • Assemblage bois-métal Vérification de la plaque selon NF EN 1993 • Distances a respecter • Epaisseur e • Résistance de la plaque En général les conditions sont remplies par le respect des règles NF EN 1995-1-1 d0 Epaisseur e • Pression diamétrale 72 SOMMAIRE 1. Cadre normatif 2. Typologies d’assemblages bois 3. Calcul des assemblages bois 3.1 Raideur Translation Rotation 3.2 Résistance de la connexion Cisaillement Effort axial 3.3 Résistance au fendage 3.4 Rupture de bloc 3.5 Distance entre connecteurs 3.6 Résistance des ferrures 4. Assemblage type couronne 5. Résistance au feu 73 4) ASSEMBLAGE TYPE COURONNE • • • • Limiter la différence de humidité (<5%) Limiter le diamètre de la couronne a 1m Privilège une couronne «circulaire » sur « carrée » Limiter le moment à 200kN*m Mencastrement Fv,poteau Fn,traverse Fv,traverse Fn,poteau Fn,traverse Fv,poteau Fv,traverse Fn,poteau OK NON VALIDE 74 4) ASSEMBLAGE TYPE COURONNE Couronne circulaire à N connecteurs Fd,1 Vd,p r Md G Nd,p • Fd,5 Attention à l’angle entre Fd et les fibres du bois Fd,1 => sollicitation en ~90° Fd,5 => sollicitation en ~0° • Pour chaque connecteur il faut valider 𝐹𝑑 ≤ 𝐹𝑣,𝑅𝑑 𝑭𝒗,𝑹𝒅 = 𝒌𝒎𝒐𝒅 𝑭𝒗,𝑹𝒌 𝜸𝑴 75 4) ASSEMBLAGE TYPE COURONNE • Exemple de calcul numérique avec accord bat 76 SOMMAIRE 1. Cadre normatif 2. Typologies d’assemblages bois 3. Calcul des assemblages bois 3.1 Raideur Translation Rotation 3.2 Résistance de la connexion Cisaillement Effort axial 3.3 Résistance au fendage 3.4 Rupture de bloc 3.5 Distance entre connecteurs 3.6 Résistance des ferrures 4. Assemblage type couronne 5. Résistance au feu 77 5) RÉSISTANCE AU FEU Exigences : Habitations individuelles Exigences : ERP 1ère famille : habitations individuelles rez-de-chaussée 2ème famille : habitations individuelles R+1, collective R+3 3ème famille : plancher dernier niveau H < 28 m 4ème famille : plancher dernier niveau 28 < H < 50 m https://www.legifrance.gouv.fr/affichTexte.do?cidTexte=JORFTEXT000000474032 R : Résistance (mécanique) E : Etanchéité (air) I : Isolation (thermique) 78 5) RÉSISTANCE AU FEU Autres vérifications • • • • • • Calcul des structures au feu (NF EN 1995-1-2) Calcul avec combinaison accidentelle Calcul de section réduite • Vitesse de combustion Calcul de contraintes Calcul de résistances • Valeur caractéristique à 20% et non 5% Vérification ELU FEU H H-defT2 H-defT1 b Section initiale (calcul à froid) b – def,T1 b – def,T2 Section réduite en temps 1 Section réduite en temps 2… 79 5) RÉSISTANCE AU FEU Autres vérifications • Calcul des structures au feu (NF EN 1995-1-2) Combinaisons ELU 80 5) RÉSISTANCE AU FEU • Assemblages symétriques en double cisaillement (bois-bois ou bois-métal) • Résistance limite 60min pour un feu standard • Assemblage avec éléments latéraux en bois (pas de surface métal exposée) Méthode simplifié Méthode de charge réduite Assemblage non protégé Assemblage protégé Assemblage non protégé Assemblage protégé On détermine la résistance intrinsèque de l’assemblage si on respecte les distances « a » préconisés dans EC5 On ajoute une couche de protection sur l’assemblage. On recalcule la résistance de calcul en fonction du temps. La protection permet de retarder la combustion du bois dans l’assemblage On peut augmenter la résistance si on augment les distances « a » On recalcule la résistance de calcul en fonction du temps et on ajoute la résistance apportée par la protection On peut augmenter la résistance si on augment les distances « a » 81 5) RÉSISTANCE AU FEU Méthode simplifié Assemblage non protégé • • Temps de résistance au feu forfaitaire : td,fi Valable si espacements et distances vérifiées pour situation à froid Augmentation possible de tfi,d jusqu’à 30 min Seulement pour organes à tête non dépassante Augmentation de b, h et des a3 et a4 de afi treq : temps requis (≤30 min) 82 5) RÉSISTANCE AU FEU Méthode simplifié En fonction du temps requis de résistance au feu treq (<60min), l’exigence sur le temps de carbonisation est de : Assemblage protégé On protège l’assemblage avec des panneaux à base de bois ou plaque de plate (type A, F ou H) • Panneau bois • Plaque de plâtre (joint >2mm) • Plaque de plâtre (joint < 2mm) • Panneau bois, ou plâtre (type A ou H) • Plâtre (type F) tch: temps de démarrage de la combustion 83 5) RÉSISTANCE AU FEU Méthode simplifié Assemblage protégé Cas de assemblage par plaque métallique en âme (épaisseur > 2mm) 84 - CONCLUSIONS - QUESTIONS - COMMENTAIRES BIBLIOGRAPHIE • • • • • PROGRAMME AQCEN EC5 MANUEL SIMPLIFIÉ EUROCODE 5 « CALCUL DES STRUCTURES EN BOIS, GUIDE D’APPLICATION ». Y. BENOIT, B. LEGRAND, V. TASTET « STRUCTURES EN BOIS AUX ÉTATS LIMITES » STEP 1 ET 2. HTTPS://WWW.PLATEFORME-EUROCODE5.FR/ 89 5) TEST DE MUR DE CONTREVENTEMENT 90 5) TEST DE MUR DE CONTREVENTEMENT 91 5) TEST DE MUR DE CONTREVENTEMENT 92 5) TEST DE MUR DE CONTREVENTEMENT 93 5) TEST DE MUR DE CONTREVENTEMENT 10800 9000 94
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