Etude du comportement des poutres lamellées clouées boulonnées en flexion.

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Martin, Patrick (2006) Etude du comportement des poutres lamellées clouées boulonnées en flexion. Doctorat Sciences forestières et du bois, Ecole Nationale du Génie Rural, des Eaux et Forêts, ENGREF 06ENGR0011 p.140.

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Licence: CC NC ND 2.0

Résumé

Le lamellé collé est un produit adapté pour répondre à la demande croissante du marché de la construction de Guyane, compte tenu de la ressource forestière. Cependant, des problèmes techniques, climatiques et économiques rendent le collage trop difficile en Guyane. Les professionnels de la construction bois, proposent souvent de réaliser des assemblages mécaniques simples en substituant la colle, mais aucun référentiel technique ne permet de justifier parfaitement ce produit.

Le boulonnage seul conduit à une poutre insuffisamment rigide du fait que les lames glissent l’une sur l’autre. Le clou est un organe d’assemblage simple et adapté à la reprise d’efforts tangents. Les travaux entrepris dans cette thèse se sont concentrés sur la question : comment des poutres constituées de lames en gonfolo clouées peuvent présenter une rigidité suffisante en flexion ?

Une série d’essais a permis de définir le comportement non linéaire d’un assemblage cloué cisaillé par le glissement des lames. D’autres essais, réalisés sur des bilames cloués sollicités en flexion 4 points, ont montré qu'une densité de clouage suffisante permettait de se rapprocher de la rigidité que conférerait un collage.

La modélisation par éléments finis des lames clouées fléchies, utilisant la loi de comportement expérimentale de l’assemblage cloué, permet de définir la performance du bilame en fonction de la densité de clouage et du niveau de chargement. La prédiction correspond bien avec les résultats expérimentaux.

Finalement, un assemblage, caractérisé par une densité de clous prédite par le modèle, permet de conférer une rigidité satisfaisante à une poutre lamellée clouée lorsqu’elle est sollicitée en flexion.

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Table des Matières

1 INTRODUCTION 7

1.1 Contexte 7

1.1.1 Situation géographique 7

1.1.2 Evolution démographique et conséquences économiques 8

1.1.3 La filière bois en Guyane 9

1.1.4 La position du bois dans l’économie guyanaise 9

1.1.5 Disponibilité et conditionnement des bois de Guyane 10

1.1.6 Les enjeux écologiques 10

1.1.7 Polémique exploitation et déforestation tropicale 11

1.2 Attentes du type de produit 12

1.2.1 Avantages du lamellé 12

1.2.2 Contraintes du lamellé-collé 12

1.2.3 Les objectifs visés 13

1.2.4 Le glissement des lames 13

1.2.5 L’objet de la recherche 16

1.3 Etat de l’art 17

1.3.1 « Préhistoire » 17

1.3.2 Les structures Delorme 18

1.3.3 Les structures Emy 20

1.3.4 Les structures Ardant 23

1.3.5 Applications plus récentes du lamellé 25

2 ETUDE DES COMPORTEMENTS INDIVIDUELS 27

2.1 Caractéristiques du gonfolo 27

2.1.1 Données générales 27

2.1.2 Caractéristiques physiques et mécaniques 27

2.2 Caractérisation du matériau 28

2.2.1 Propriétés transverses 29

2.2.2 Essai de flexion 4 points 31

2.2.3 Affinement des résultats 34

2.3 Variabilité 37

2.4 Assemblages par tige métallique 39

2.4.1 Portance locale 39

2.4.2 Comportement de l’assemblage cloué en cisaillement 41

2.4.2.1 Principe et mesures 41

2.4.2.2 Estimation des erreurs et problèmes rencontrés 44

2.4.2.3 Modèle de comportement du clou 47

2.4.3 Comportement de l’assemblage cloué en arrachement 48

2.4.4 Influence de la disparité des assemblages 49

2.4.4.1 Approche algébrique - disparité des assemblages 49

2.4.4.2 Approche numérique - disparité des assemblages 56

2.5 Frottement 61

2.5.1 Essais de frottement bois-bois 61

2.6 Conclusion sur les comportements individuels 63

3 ETUDE STRUCTURELLE 65

3.1 Essais de flexion sur des éprouvettes clouées 65

3.1.1 Matériaux et matériels 65

3.1.2 Exploitation des données 66

3.2 Essais de flexion sur des planches clouées 68

3.2.1 Matériaux et matériels 68

3.2.2 Exploitation des données 71

3.3 Conclusion sur l’étude structurelle 73

4 MODELISATION 75

4.1 Modélisation d’une lame en flexion 75

4.2 Comportement en flexion d’un lamellé collé 77

4.2.1 2 Lames collées 78

4.2.2 Plus de 2 lames collées 79

4.2.2.1 Nombre de lames pair 79

4.2.2.2 Nombre de lames impair 81

4.2.3 Applications numériques 83

4.3 Modélisation de 2 lames superposées en flexion 84

4.3.1 Diffusion des efforts ponctuels 84

4.3.2 Influence du frottement 89

4.4 Modélisation d’un bilame cloué en flexion 90

4.4.1 Disponibilité des outils CASTEM 90

4.4.2 Principe de calcul et erreurs 91

4.4.3 2 Lames superposées clouées 92

4.4.3.1 Paramètres de modélisation 92

4.4.3.2 Résultats numériques sur un essai 92

4.4.3.3 Comparaison des différentes densités de clouage. 95

4.5 Conclusion sur la modélisation 100

5 CONCLUSIONS 101

6 PERSPECTIVES 103

7 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 105

8 ANNEXES 109

8.1 Annexe 1 : cisaillement d’un assemblage à n clous 109

8.2 Annexe 2 accélération de convergence 117

8.3 Annexe 3 : Flexion de 2 planches superposées sans assemblage 120

8.4 Annexe 4 : Flexion de 2 planches collées 124

8.5 Annexe 5 : Flexion de 2 planches clouées 128

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