Introduction au calcul Bois - CB71 (Partie 1/5)

A. Caractéristiques du Matériau

1.0  Constitution

Le bois est un matériau d’origine biologique comprenant :

- des matières organiques (carbone, oxygène, hydrogène, azote)

- des cendres

- de l’eau

Ces composants sont associés sous une forme fibreuse qui définie le squelette du matériaux. Les fibres ont une dimension microscopique (longueur < 1mm, épaisseur inférieur à 1/50ème de mm). L’enchevêtrement des fibres constitue un tissu dont la trame principale est orientée parallèlement à l’axe de croissance de l’arbre. Les bois durs possèdent un tissu dense, les boistendres un tissu lâche.

Les caractéristiques mécaniques du bois varient selon les différentes directions du tissu fibreux; le matériaux est donc «anisotrope».

Trois directions sont définies:

Il existe des milliers d’espèces botaniques. Chacune est identifiable par les structures de ses tissus et sa  composition chimique. Ces espèces sont classées en 2 grands groupes: les feuillus et les résineux. Ces deux matériaux sont utilisés dans la construction. Les résineux sont constitués d’un seul type de cellules (les trachéides) qui constituent à la fois l’ossature porteuse et assurent la circulation de l’eau et des matières nutritives. Les feuillus sont constitués de plusieurs types de cellules, celles qui assurent la rigidité, celles qui distribuent l’eau comme des vaisseaux et celles qui contiennent les réserves nutritives.

2.0  Caractéristiques physiques

a) L’humidité

L’eau est présente dans le bois sous trois formes (comme dans le sol):

            - l’eau de constitution moléculaire,

            - l’eau liée en périphérie des cellules

            - l’eau libre circulant entre les grains.

Toute variation sur l’eau liée entraîne des modifications dimensionnelles et des modifications des caractéristiques mécaniques.

Il est souvent fait référence dans les règles au degré d’humidité des bois (quantité d’eau contenue dans un bois par rapport à son poids sec).

Pour limiter les désordres il faut utiliser des bois dont le taux d’humidité sera aussi proche que possible du niveau ambiant dans lequel il sera exposé.

b) Dilatation thermique 

La variation dimensionnelle du bois sous l’effet de la chaleur est de 0,05 % 10^-4 environ dans la direction axiale

0,5 % 10^-4 dans les directions radiales et tangentielles. Dans les travaux courants du bâtiment les effets de dilatation sont négligés.

   Exemple

 Comparaison entre les variations dimensionnelles pour Dt = 30°d’une poutre de 10 M de long entre béton

 acier et bois.

 Poutre en Acier                3.6  mm

 Poutre en Béton               3.0  mm

 Poutre en Bois                 1.0  mm

Google Sketch up (News 3)

Un logiciel simple, performant et gratuit.

Importer un fichier Autocad (.dwg ou dxf) :

La version Pro est limitée dans le temps et la fonction la plus intéressante n’existe pas sur la version de base. Afin de pouvoir importer un fichier Autocad et de l’utiliser pour faire une vue 3 D vous devez tout d’abord télécharger la version pro, ouvrir un nouveau fichier, importer votre CAD et enregistrer dans la version précédente. Vous pouvez enfin télécharger la version 7.1 de base car elle est bien suffisante de toute façon. Je vous conseille d’enlever le maximum de détails inutiles dans vos plans et coupes avant d’importer vos dessins.

Utiliser le logiciel :

Il existe plusieurs configurations de base pour démarer un projet. Cela laisse le choix entre les différents systèmes d'unités (impériales ou métrique). Une fois le logiciel ouvert on peut choisir rapidement et une fois sur vôtre dessin, il suffit d’utiliser la commande éclater dans le menu clic droit du logiciel afin de pouvoir séparer modifier les éléments de votre dessin de base.

On a la possibilité d’insérer des images et de dessiner des détails à partir de celles-ci. Une librairie de texture peut être importée en dehors de certaines textures de base déjà très utiles.

Le point fort c’est la base de donnée d’objets 3 D qui peuvent être directement importés de façon simple et gratuite. Les possibilités sont infinies : dessins d’architecture, coupe de détails, vue d’ensemble d’un bâtiments, dessin technique de construction, design et assemblage.



Exemples :

Small house with pool - (petite maison avec picine)

                                                  Slab on post - (dalle sur pieux vissés)

Fondations soumises au gel (News 2)

Action du gel sur les Fondations

Ce document traite du processus physique impliqué dans la congélation des sols, des dommages pouvant être causé par des problèmes de soulèvement de fondation. On évalue ensuite les charges dues aux gel et les méthodes et suggestions pouvant être apportées pour s’en prévenir.

Le Phénomène physique

On a tout d’abord pensé que les mouvements du sol suite au gel étaient dus au changement de volume de l’eau lorsque la glace se forme. En réalité le phénomène précis appelé ségrégation de la glace est à l’origine des perturbations observée. L’eau est extraite dans la partie du sol non gelé vers la partie du sol gelé où elle adhère et forme des lentilles de glace. La formation de cette glace se poursuit aussi longtemps qu’il reste de l’eau dans les sols des couches inférieures. Le gel se propage de haut en bas en absorbant l’eau vers le haut.

Le gonflement se produit bien entendu lorsque plusieurs facteurs sont réunis. Il faut tout d’abord de l’eau dans le sol. Un sol drainant et très sec comme un gravier contrôlé ou un sable grossier n’offrira pas la possibilité de formation de glace, quelque soit l’intensité du gel en surface. Deuxièmement pour une formation de gel il faut des conditions de températures extérieures qui entrainent un refroidissement du sol et de l’eau contenue dans ce sol.

On examinera plus tard la façon d’évaluer la profondeur de gel en fonction de la météo. Enfin, il faut un type de sol qui présente des particules fines et un réseau favorable au déplacement d’eau. Ces 3 conditions réunient favorisent de façon très significative les gonflements du sol en hivers ainsi que la perte de capacité portante qui survient au dégel du printemps. En effet la glace accumulée par migration de l'eau dans le sol l'hivers fond au même moment et au même endroit. Le sol se retrouve donc saturé très rapidement et perd ses propriétés mécaniques (voir déformation des chaussées).

Le phénomène de congélation adhérente

Le gel peut également soulever ou endommager les fondation lorsqu'il y a adhérence entre la surface de la fondation et le sol gelé environnant. Ces domages se manifeste par exemple en fissures horizontales sur une maçonnerie ou un fur en béton armée au niveau de la profondeur de gel. A noter que ces forces de liaison adhérentes sont environ de 100 kpa sur des surfaces en acier et 70 kpa sur le bois et le béton.Une relation empirique permet d'estimer les efforts de soulèvement verticaux. Pour plus d'information à ce sujet voir : http://www.nrc-cnrc.gc.ca/fra/idp/irc/dcc/digest-construction-128.html

Frottement négatif sur les pieux (News1)

Introduction

Parmi les différents systèmes de fondation, les pieux vissés, fonçés ou battus sont généralements les plus utilisés.

Un pieu de fondation est soumis à différents efforts en tête notamment en compression verticale.Lorsque la charge est appliquée sur le pieu il se produit une légère déformation du sol sous sa pointe entrainant un déplacement de celui-ci. Il se produit en même temps une compression du matériau constitutif (acier,béton).

Le fonctionnement habituel du pieu et optimle que l'on recherche est celui pour lequel la charge de compression est équilibrée par la capacité de pointe et la résistance mobiliée le long du fût. Cette réaction pieu-sol est dirigée de bas vers le haut. Elle est couramment appelée frottement positif.

Il peut arriver pour des raisons que nous évoquerons par la suite que certaines couches de terrain entourant le pieu tassent elles même plus rapidement que le pieu.on observe donc une différence de vitesse de tassement qui induit des mouvements relatifs en sens contraire. Ce phénomène s'appelle frottement négatif.

Le cas le plus courrant est celui des sols compressibles surchargés par des remblais ou du stockage de toute nature.ainsi que les sols dits sous-consolidés,c'est à dire ceux qui tassent encore sous leur propre poids, qu'ils soient naturels, récent ou artificiels. Les tassements sont dans le second cas régulier et de faible amplitude (environ 1 à 2 cm par an). Il est également possible de rencontrer ce phénomène lors de rabattement de nappe par suite de pompage des eaux pour utilisation industriel. Enfin le seul battage de pieu peut entrainer des désordres aux niveau du sol environant et conduire à des tassements selon la sensibilité du sol.

Les désordres dus aux frottements négatifs doivent être prévenus. La plus part du temps, un tassement excessif se manifeste au niveau du sol situé sous la pointe du pieu. Dans des cas beaucoup plus rare lorsque la pointe du pieu est appuyée sur un socle rocheux particulièrement solide, le matériau constitutif du pieu se rompt par compression ou flambement.

La manifestation des désordres est souvent tardive et elle peut atteindre son maximum après plusieurs années. La consolidation des sols compressible peut dans certain cas provoquer un tassement 10 ans après la construction d’un bâtiment.

Deux exemples :

(1979) En suède, un bâtiment est repris en sous-œuvre. Un remblai de 1.8 m est ajouté sur le sol environnant. Le frottement négatif sur les pieux en bois traversant 17 m d’argile a entrainé un tassement différentiel de 25 cm.

(1971) En France, un atelier d’usine comportant des pieux de 90 cm de diamètre traversant 4 mètres de remblai, 20 m d’alluvions compressibles et ancré dans la marne sous-jacente, a subi des tassements de plus de 8 cm.

Lecture globale sur les fondations sur pieu :

http://www.cours-genie-civil.com/IMG/pdf/cours_fondations-profondes1_procedes-generaux-de-construction.pdf

Bibliographie

DENARI, E.(2004) Béton fibrés à ultra haute performance, Notes de cours de l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne

BENTUR.A (1985) Crack patterns in steel reinforced cement paste, Matérials and structures

V.C.LI and H.STANG (1993)Micromechanics of crack bridging in fiber reinforced Concrete materials and structures, vol 26 , p 486-49

ROSSI,P and Acker, (1987) Effect of steel and fibers at two stages : the material and the structure, materials and structures, vol 20 p 436

SHINK, M (2000) Cracking behaviour of steel microfibres reinforced cement pastes , Fibre reinforced  concretes BEFIB 200 , RILEM , P547

HENRIK.S 5°(1995) Design and structural applications of stress Crack width relations in fibre reinforced concrete, Materials and structures,vol 28,p219

PARANT,E and ROSSI P (2004), Mécanismes d'endommagement d'un composite fibré multi-échelles  bulletin des laboratoires des ponts et chaussés , janvier février. P73-P81

JACER KATZER (2006) , Steel fibers and steel fibers in reinforced Concreete, The pacific journal of science and technology, vol 7 number 1

A.E. NAAMAN, (2000) , Fiber reinforcements for concrete : Looking back, looking ahead, Rilem  FIB`2000 P65, Edited by P.Rossi et G. Chanvillard.

E.PARANT, (2006) Influence de la maturité et de la géométrie des fibres sur le comportement mécanique d'un composite cimentaire fibré ultra haute performance, des laboratoires des ponts et chaussés, Janvier-

Avril 2006, n° 261 et 262

Autres ouvrages scientifiques consultés

ROSSI.P, (1998), Les bétons de fibres métalliques, presses de l'école nationale des ponts et chaussés 

CASANOVA.P, (1996), Bétons renforcés de fibres métalliques du matériau à la structure, Etudes et recherches des laboratoires des ponts et chaussés

PIERRE.P,(1999), Etude du comportement mécanique des composites cimentaires armés de microfibres,  thèse Université de Laval

PARANT,E (2003), Mécanismes d'endommagement et comportement mécanique d'un composite cimentaire, E.N.P.C

Conclusion sur les bétons de Fibre

Après une rapide présentation des principales caractéristiques des bétons à bases de fibres. L'attention a été portée sur l'étude des caractéristiques des matériaux composites. On a pu montrer qu'un certain nombre d'observations concordaient avec la mécanique des matériaux composites. L'observation de la micro structure du béton révèle des interactions complexes car ce matériau est très hétérogène et donc difficile à modéliser. Un certain nombre de remarques concernant les articles consultés ont été faites au cours de cette revue de la documentation.

Dans un second temps, l'analyse de l'interface matrice- fibre et des mécanismes décrits par les chercheurs ont montré différents points de vue sur l'interprétation du comportement de ce matériau. Suite à cette étude, plusieurs zones d'ombres demeurent, tant sur la compréhension du matériau à l'échelle de la micro-structure que sur la modélisation de son comportement global. Le processus de fissuration ne semble pas toujours décrit de façon identique selon les auteurs.

Enfin il serait important d'étudier le développement du comportement du matériau vis-à-vis des différentes sollicitations, traction, flexion, cisaillement, afin de faire le rapprochement entre les comportements de la microstructure et le comportement global. Certains documents de recherche récents abordent les paramètres de comportement globaux des éléments en béton de fibres métalliques par des modélisations par éléments finis couplées à des essais de laboratoire sur des poutres et des dalles.





A Quand le code de dimensionnement pour les ingénieurs ??
Auteur : Nicolas Varlet