DE LIMA OLIVEIRA PAIXAO, Giovanna 5GC 2eme Semestre 2023-2024 ÉCOLE NATIONALE D’INGÉNIEURS DE SAINT-ÉTIENNE ECOLE INTERNE DE L’ECOLE CENTRALE DE LYON 58 rue Jean Parot – 42023 Saint-Étienne cedex 2 Rapport de Période Industrielle - PFE (Mars 2023- Sept 2023) Les Hauts de Terrenoire – Suivie du projet de construction de 3 bâtiments – rue des Hauts de Terrenoire à Saint-Étienne et validation du principe constructif en béton de bois. ANNEXE I – Plans de coffrage DCE lot C1, C2 et C3 et ratios. ANNEXE II – Mémoire technique béton de bois BUREAU D’ETUDES STRUCTURES POUR LE BATIMENT MEMBRE DE LA CHAMBRE DES INGENIEURS CONSEILS DE France 17B, Rue de la Presse – 42000 SAINT-ETIENNE Tél : 04 77 91 30 50 MEMBRES DU JURY : Professeur(s) responsable(s) : M. Eric PERRIN Ingénieur(s) responsable(s) : M. Sylvain Valezy Ingénieur neutre : Mme DETOUR Marie Paixão Les Hauts de Terrenoire – Suivie du projet de construction de 3 bâtiments Rue des Hauts de Terrenoire à Saint-Étienne et validation du principe constructif en béton de bois. Ilha Solteira2024 31 Sim Trabalho de conclusão de cursoEngenharia CivilEngenharia CivilSim Rue des Hauts de Terrenoire à Saint-Étienne et validation du principe constructif en béto . FICHA CATALOGRÁFICA Desenvolvido pelo Serviço Técnico de Biblioteca e Documentação Paixão, Giovanna de Lima Oliveira. Les Hauts de Terrenoire – Suivie du projet de construction de 3 bâtiments : Rue des Hauts de Terrenoire à Saint-Étienne et validation du principe constructif en béton de bois / Giovanna de Lima Oliveira Paixão. -- Ilha Solteira: [s.n.], 2024 31 f. : il. Trabalho de conclusão de curso (Graduação em Engenharia Civil) - Universidade Estadual Paulista (UNESP), Faculdade de Engenharia, Ilha Solteira, 2024 Orientador: Adriano Souza Inclui bibliografia 1. Béton de bois. 2. Phase PRO/DCE. 3. Structure . 4. Béton. P149l Elaborado por Raiane da Silva Santos - CRB: 8/9999 SandraMontibeller Riscado Remerciements Je tiens à exprimer mes sincères remerciements à l'ensemble du personnel de l'IC42 - Ingénierie Construction à Saint-Étienne, qui m'a accueilli lors de mon stage et qui m'a beaucoup appris à tous les niveaux. L’ENISE qui m'a offert la possibilité d'étudier dans un cadre de double diplôme et, par conséquent, de passer cette période industrielle. À mon professeur tuteur, M. Perrin, qui a suivi ma progression dans l'entreprise en orientant les missions intéressantes pour mon parcours, pour sa disponibilité et pour son soutien. Monsieur Sylvain VALEZY qui a cru en mon potentiel et m’a accueillie au sein de son entreprise. À ce titre, je souhaiterais remercier tout particulièrement M. Quentin Pastor et M. Ludovic Dumoulin, qui m’ont épaulée, conseillée et qui m’ont surtout transmis leurs expertises dans le domaine des structures en béton armé. Ils étaient présents au quotidien pour répondre à mes questions. Leurs connaissances et le temps qu’ils m’ont consacré m’ont permis d’acquérir de nouvelles compétences et de perfectionner celles que j’avais déjà. Je tiens également à témoigner ma reconnaissance à toute l’équipe de IC42 (Jean-Fabrice, Julien, Loïc Mounier, Yannick, Florie et Philipe) pour le temps qu’ils m’ont consacré afin de me faire découvrir le domaine du béton armé en bureau d’études. J’ai réellement pu progresser en tout point grâce à chacune des personnes de l’équipe qui n’ont jamais hésité à m’apporter leur aide et leur expérience. Elles ont donc toutes contribué à m’apporter une expérience professionnelle très enrichissante qui sera un réel outil pour mon futur projet professionnel. Introduction Dans le cadre de mon contrat de professionnalisation en collaboration avec l’ENISE, je suis depuis plus d'un an au sein d’un bureau d’études spécialisé dans les calculs de béton armé, INGENIERIE CONSTRUCTION. Durant cette période, j’ai eu l'occasion de gérer plusieurs projets avec l’aide d'ingénieurs plus expérimentés. J’ai ainsi dû échanger avec d’autres parties prenantes, gérer les appels, contrôler le travail des dessinateurs et effectuer les divers calculs. Cela m’a demandé une grande capacité d’adaptation ainsi qu’une organisation rigoureuse. D’entre les projets que j’avais à gérer, j’ai eu la mission de faire une étude en phase PRO des trois bâtiments neufs à construire à Saint Etienne. Ce projet, est aussi un projet pilote de l’utilisation du principe constructif en béton de bois. Ce rapport va donc reprendre l’ensemble des étapes effectuées pour la réalisation de mon PFE. Il sera composé d’une première partie, assez brève, dans laquelle je présenterai INGENIERIE CONSTRUCTION, mon organisme d’accueil, de façon assez rapide. Puis, dans un second temps, je présenterai mon projet « Les Hauts de Terrenoire » et les phases d’étude de ce projet. Sommaire I. Présentation de l'entreprise .............................................................................................. 5 1. Un groupe régional dynamique ......................................................................................... 5 2. Une entreprise en plein développement ............................................................................ 5 3. Organigramme l’entreprise ............................................................................................... 6 4. Analyse DDRS (Développement durable et Responsabilité sociétale) ................................. 6 5. Réalisations : ................................................................................................................... 7 II. CONTEXTE DU PFE ........................................................................................................... 8 1. Justification du projet et présentation des sujets : ................................................................. 8 2. Présentation générale du projet : Hauts de Terrenoire ........................................................ 8 I. Développement du PFE .................................................................................................... 9 1. Appropriation du projet ................................................................................................... 10 2. Hypothèses de projet ..................................................................................................... 12 a. Hypothèses générales .................................................................................................... 12 b. Actions .......................................................................................................................... 12 c. Feu ................................................................................................................................ 13 d. Géotechniques .............................................................................................................. 13 II. Validation du principe constructive - Béton de Bois. ........................................................ 15 III. Modélisation et dimensionnement des éléments structuraux. ..................................... 18 a. Dalles ............................................................................................................................ 18 b. Poutres, Bande noyées et linteaux .................................................................................. 20 c. Poteaux ......................................................................................................................... 22 d. Voile .............................................................................................................................. 23 e. Poutres voiles. ............................................................................................................... 24 f. Acrotères : ..................................................................................................................... 25 g. Fondations : ................................................................................................................... 25 IV. Retour D’expérience .................................................................................................. 28 V. Conclusion .................................................................................................................... 29 Bibliographie ......................................................................................................................... 30 Liste des figures .................................................................................................................... 31 I. Présentation de l'entreprise 1. Un groupe régional dynamique Créé en 1975, INGENIERIE CONSTRUCTION (IC) compte à ce jour 2 structures implantés en région Rhône-Alpes Auvergne. ➢ IC (Ingénierie Construction) : C’est le bureau au sein duquel j’effectue mon contrat PRO. Il est spécialisé dans la construction en béton armé. En plus du siège qui se trouve à Saint-Etienne, une succursale est présente à Aubière, près de Clermont-Ferrand. 2. Une entreprise en plein développement INGENIERIE CONSTRUCTION a été fondée en 1975, et s’est développée au fil des années pour avoir aujourd’hui un rayon d’activité s’étendant au secteur régional. L’entreprise compte à ce jour avec 16 salariés faisant d’elle une PME (Petite et Moyenne Entreprise). Le chiffre d’affaires de la société est en perpétuelle augmentation depuis trois ans (cf. Figure 1) Figure 1 - Chiffre d'affaires Ingénierie Construction depuis trois ans L’entreprise est, à ce jour, membre de la Chambre des Ingénieurs Conseils de France via une certification OPQIBI (Organisme Professionnel de Qualification de l’Ingénierie Bâtiment- Industrie). Le siège social se trouve à Saint-Etienne, au 17B rue de la Presse à proximité du stade Geoffroy-Guichard et du pôle recherche de l’ENISE (cf. Figure 2) Figure 2 - Localisation Ingénierie Construction Saint Etienne (42) 3. Organigramme l’entreprise Actuellement composée de 16 collaborateurs, comprenant des ingénieurs, des dessinateurs- projeteurs, et du personnel administratif, l'entreprise est dirigée par deux gérants, MM. RICHARD et VALEZY. 4. Analyse DDRS (Développement durable et Responsabilité sociétale) Pour cette période en entreprise, l’Enise nous invite à réaliser une analyse des aspects DDRS (développement durable et responsabilité sociale des entreprises), en s’appuyant sur les Objectifs de Développement Durable (ODD). Figure 3 - Objectifs de Développement Durable (ODD) En France les entreprises sont encouragées à aligner leurs stratégies avec les 17 ODD adoptés par les Nations Unies pour promouvoir un développement durable à l'échelle mondiale. Directeur M. RICHARD Directeur M. VALEZY 3 Personnels administratifs 3 Dessinateurs projeteurs 1 Aprenti dessinateur 4 Ingénieurs 2 Stagiaires 1 Technicien en diagnostic 2 Stagiaires Chez IC42, bureau d'études structurel historiquement centré sur l'utilisation du béton armé, ils reconnaissent l'impact environnemental significatif de ce matériau, notamment en termes de pollution et d'émissions de CO2. Pour répondre à ce défi, ils ont entrepris une démarche de spécialisation dans l'utilisation de matériaux alternatifs tels que les bétons composites et le bois, afin d'intégrer ces matériaux dans leurs domaines d'expertise. Cette transition s'inscrit pleinement dans l'Objectif de Développement Durable (ODD) n°12 : "Consommation et production responsables", qui encourage une utilisation plus efficace des ressources naturelles et la réduction des déchets. En élargissant leur expertise à ces matériaux durables, ils visent à diminuer leur empreinte carbone, à favoriser une construction plus écologique, et à promouvoir des pratiques qui répondent aux exigences environnementales actuelles, tout en offrant des solutions innovantes à leurs clients. En lien avec leur responsabilité sociale, IC42 maintient une communication transparente avec leurs parties prenantes, clients comme employés. Ils s'efforcent d'être aussi efficaces que possible pour que chacun comprenne et soutienne leurs actions, notamment leur engagement envers des pratiques plus durables. 5. Réalisations : Figure 4 - Réhabilitation des bâtiments 3 et 4 École d'ingénieur Sigma Figure 6 - Restructuration Lycée Honoré d’Urfé Saint-Etienne (42) Figure 5 - Construction ateliers de formation lycée Henri Sainte-Claire Deville Issoire (63) II. CONTEXTE DU PFE 1. Justification du projet et présentation des sujets : Après discussion avec mon tuteur, M. VALEZY, et l’ingénieur M. PASTOR, nous avons défini deux grandes missions pour ma deuxième période de stage : 1°. Suivi du projet des 40 logements Haut des Terrenoire à Saint-Étienne en phase PRO : Cela inclut le dimensionnement, la validation du principe constructif et la détermination des dimensions de tous les éléments porteurs, mais aussi la préparation du PRO/DCE en assurant les échanges avec le dessinateur, l’économiste, l’architecte et le thermicien. Cette phase est importante dans le processus du projet, car c'est elle qui permet au maître d'ouvrage, en l'occurrence TOIT FOREZIEN, de budgétiser de façon précise le futur chantier. Une petite erreur localisée en un seul endroit ne portera pas à conséquence, mais une petite erreur présente à chaque étage peut mener à la catastrophe. Il est donc nécessaire de mener un travail rigoureux sur cette phase pour n’omettre aucune étape et anticiper les probables aléas de chantier. 2°. Recherche sur le béton de bois : La deuxième mission était initialement prévue comme une synthèse des outils de calcul en fichiers Excel, dans le but de créer une base commune pour tous les ingénieurs de l'entreprise. Cependant, en raison des priorités liées aux projets en cours, cette tâche n'a pas pu être accomplie. Au lieu de cela, j'ai été chargé d’effectuer des recherches sur le béton de bois et de préparer un mémoire technique avec toutes les informations nécessaires à son utilisation. Étant donné qu'il s'agit d'un nouveau matériau et que c’est la première fois qu'il est utilisé dans un bâtiment R+3, cette recherche a été importante. 2. Présentation générale du projet : Hauts de Terrenoire Mené par Le Toit Forézien, le projet Hauts de Terrenoire fait partie d’une grande réhabilitation du quartier Terrenoire. Parmi plusieurs bâtiments aménagés, il est prévu de construire 40 logements sociaux répartis en trois bâtiments : C1, C2 et C3. Figure 7 - Localisation des lots C1, C2 et C3. Pour ce projet, nous faisons partie de l’équipe de maitrise d’œuvre avec Le Toit Forézien qui est maitre d’ouvrage et mandataire principal de l’opération. Les intervenants sont : Maîtrise d’ouvrage Le Toit Forézien Maîtrise d’œuvre Architecte MATHAIS Bureaux d’études techniques BET Fluides CFO CFA INGENIUM BET Structure IC42 Economiste CM Bureau de contrôle SOCOTEC Les trois lot C1, C2 et C3 représente en tout, une surface habitable de 2890 m² avec 40 logements sociaux. Le montant prévisionnel des travaux, évalué en phase AVP, s’élève à 7,4 millions d’euros. Le début de l'exécution est prévu pour 2025. Le concept constructif innovant proposé par la maîtrise d’œuvre comprend une façade porteuse en béton de bois, associée à des murs de refends en béton armé et à des poteaux- poutres intérieurs. I. Développement du PFE Cette opération a été ma première mission en phase PRO-DCE (Dossier de consultation des entreprises). Cette mission m’a permis de voir toutes les étapes de la constitution de ce type de dossier, ainsi que tous les échanges qu'il implique. J'ai également pu calculer et étudier l’ensemble d’une structure. L’ensemble de mon travail a plus ou moins suivi les étapes suivantes : C3 C2 C1 1. Appropriation du projet L’architecte nous a fourni des plans plus précis de l’ensemble des étages des trois lots, ce qui nous a permis d’entrer davantage dans le détail du projet. Ces plans tiennent déjà compte des réservations pour les fluides dans les dalles et poutres, ainsi que des détails d’isolation thermique. Cette compilation nous a également permis de valider notre conception structurelle de façon plus précise. Appropriation du projet Définition des hypothèses Modélisation Arche Ossature Détermination des sections en intégrant les détails de conception Validation du modèle et ajustements au cas par cas après analyse critique des résultats. Échanges avec le dessinateur Calcul des ratios LOT C1 20 Logements 1505 m² habitables Aménagement Caves 20 Places Parking couvert Local vélo Local poubelle Circulation et parties communes Ascenseur et escalier Particularités Terrain en pente vers le Nord-est et partiellement enterrée Figure 8 - C1 LOT C2 10 Logements 672 m² habitables Aménagement Caves 10 Places Parking Circulation et parties communes Local poubelle Local vélo Terrasse pour tous les logements Particularités Balcons en porte à faux LOT C3 10 Logements 710 m² habitables Aménagement Caves 10 Places Parking Local vélo Local poubelle Circulation et parties communes Particularités Aléa minier et attique en béton de bois Figure 9 - C2 Figure 10 - C3 2. Hypothèses de projet a. Hypothèses générales Les hypothèses générales pour la conception des trois bâtiments sont les suivantes : Mode constructif Façade porteuse en Béton de bois. Douche À l’italienne avec un décaissement de 7 cm dans les salles de bain (dont 6 cm dans la dalle en béton), et carrelage dans les SDB. Volets roulants Avec coffre à l’intérieur pour toutes les ouvertures. Toiture Végétalisée avec rétention d’eau de 5 cm à prévoir pour le bâtiment C3. Les hypothèses générales Eurocodes : Catégorie de durée d’utilisation – NF EN 1990 4 – 50 années (Structures de bâtiments) Classe structurale NF EN 1992 S4 Catégorie d’usage NF EN 1990 A Catégorie usage spécifique toitures NF EN 1990 H Catégorie d’importance – NF EN 1998 II Zone sismique – NF EN 1998 2 - faible b. Actions Charges permanentes La charge permanente associée aux éléments de la structure est le poids volumique des matériaux mis en œuvre. Nature d’élément Charge d’exploitation Béton armé 2500 kg/m3 Béton de bois 800 kg/m3 Dalles sur plots 200 kg/m² Reserve de sol – Isolant, chappe et sol PVC ou carrelage 250 kg/m² Caves – cloison lourde brique 10cm 300 kg/m² Les voiles ont été modélisé à 1 200 kg/m3 pour prendre en compte l’enduit, le mortier, les chainages et les éventuels bardages. Charges d'exploitation Les charges d’exploitation définies par la norme NF EN 1991-1-1 ont été prises en compte. Le tableau ci-dessus résume tous les cas de chargement présents dans le projet. Nature du local Charge d’exploitation (daN/m²) Catégorie H – Toiture terrasse inaccessible 100 kg/m² Catégorie H – Toiture terrasse avec rétention d’eau de 5 cm 150 kg/m² Catégorie A – Logements 150 kg/m² Catégorie A – Plancher balcon 350 kg/m² Catégorie A – Escalier 250 kg/m² Circulation et garages 250 kg/m² Plancher terrasse 250 kg/m² Actions climatiques Les trois bâtiments sont à Saint- Etienne. Les hypothèses suivantes sont à considérer : Vent Neige Séisme La construction est située en Zone 2. En application de la norme NF EN 1991-1-4. La construction est située en zone A2. En application de la norme NF EN 1991-1-3 Le site est localisé en zone 2 de sismicité « faible ». Le bâtiment est de catégorie d'importance II. La vitesse de référence de vent associée à la zone est vb,0= 24 m/s La charge de neige de calcul associée à la zone est Sk,0 =0,45 kN/m², et Sk= Sk,0+deltaS = 0,8 kN/m² Pas de calcul au séisme c. Feu Nous avons un bâtiment à usage d'habitation de hauteur 8 5.28cm² 1 ST50 L=600 soit As = 5.03cm² Portée des dalles entrée dans le logiciel – portée entre nus G= 100 Kg/m² et Q=150kg/m² G= 100 Kg/m² et Q=250kg/m² Modélisation décaisse de dalle de 6cm Bande d’un mettre de dalle à une épaisseur de 22cm G= 100 Kg/m² et Q=150kg/m² Ratio attribué = 11,6Kg/m² CH CH Calcul de la section d’acier ELU 𝜇 = 𝑀𝐸𝐿𝑈 𝑏 ∗ 𝑑² ∗ 𝑓𝑐𝑑 = 4.8 1 ∗ 0.17² ∗ 1667 = 0.0996 𝑡𝑚 𝛼 = 1.25 ∗ (1 − √1 − 2𝜇) = 0.131 𝐹𝐶 = 0.8 ∗ 𝛼 ∗ 𝑑 ∗ 𝑏 ∗ 𝑓𝑐𝑑 = 29.8 𝑨𝒔𝑻𝒉é𝒐𝒓𝒊𝒒𝒖𝒆 = 𝑭𝒄 𝝈𝒔 = 𝟐𝟗. 𝟖 𝟒𝟑𝟓𝟎𝟎 = 𝟔. 𝟖𝟓 𝒄𝒎² 15 % de Mo Ferraillage mini En vert section d’acier requise par calcul En rouge section réelle mise en place Défaut du logiciel qui ne montre pas la section d'acier si celle-ci ne fait pas partie de la travée à côté. MOMENT FLECHISSANT ENVELOPPE (Tm) Aciers théoriques et réels longitudinaux (cm²) EFFORT TRANCHANT ENVELOPPE (T) Mo Facteur dimensionnant : Pour les dalles, le facteur dimensionnant est la flèche, qui est ici limitée à L/500 selon les applications professionnelles du fait des éléments fragiles comme les cloisons et le carrelage. On s’aperçoit que dans la première travée la flèche est proche de la limite ce qu’est cohérent vis-à-vis de la portée. b. Poutres, Bande noyées et linteaux Condition à valider : Le prédimensionnement de ces éléments a été effectué en phase AVP. Dans cette phase, j'ai intégré les contraintes du projet, telles que les réservations, les volets roulants et les différentes arases des dalles, dont la position des tables de compression. Méthode de travail : dans chaque trame de poutres, j’ai vérifié les détails du plan architecte en identifiant les contraintes et j’ai modélisé en fonction. Modélisation : pour les dimensionner, j’ai exporté les données de la modélisation Arche Ossature avec la descente des charges vers Arche Poutre. J'ai pris en compte les charges réelles en fonction des continuités des dalles et je les ai vérifiées en intégrant le bon niveau de la table de compression, les réservations et les décaissements. Quand il a été nécessaire d'augmenter les sections, cela a été fait en respectant les propositions architecturales. Facteur dimensionnant : Pour les poutres on a plusieurs facteurs qui peuvent être dimensionnant comme la flèche, la contrainte de compression dans le béton, la contrainte de traction des armatures, la contrainte aux appuis et les contraintes géométriques. Dans ce cas le facteur dimensionnent a été la fléché, et la hauteur sous plafond à respecter, dont les 60cm de large pour éviter une retombée. Flim = L/500 Fleche totale : Calcul de flèche total due aux charges appliques, en instantanée et différée. Fleche à déduire : Flèche instantané due au poids propre avant mise des éléments fragiles. Charge ponctuelle SUSPENDUE due à la poutre voile Chargement constant de la dalle Discontinuité due à la charge ponctuelle 𝜎𝐸𝐿𝑈 = 26,44𝑡 0.19∗0.24 = 5,8𝑀𝑃𝑎 > 1,36 𝑀𝑃𝑎 → Sommier BA 𝜎𝑙𝑖𝑚 = 1,36𝑀𝑃𝑎 = 26,44 𝑆𝑒𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 → 𝑆𝑚𝑖𝑛𝑖 = 0.194𝑚2 𝐵𝑚𝑖𝑛𝑖 = 0.194 0.19 = 1,02𝑚 Appui en façade de béton de bois. Appui en partie dans façade de béton de bois et en partie dans le linteau Poteau BA Poutres en T suivant les indications du paragraphe 5.3.2 de la NF EN 1992-1-1 avec les dalles BA comme tables de compression Figure 16 - Détail dimensionnement de la poutre EFFORT TRANCHANT ENVELOPPE (T) MOMENT FLECHISSANT ENVELOPPE (Tm) REACTIONS D’APPUIS (T) Chargement façade au-dessus Détermination des ratios : En parallèle, j’ai pu définir les aciers à mettre en place et, par conséquent, les ratios. c. Poteaux Condition à valider : Comme pour les poutres le prédimensionnement des poteaux a été fait en phase AVP. J’ai vérifié les contraintes liées aux besoin architecturales et les solutions à apporter. Méthode de travail et modélisation : Lors de la phase AVP, nous avons proposé nos trames de poteaux-poutres. L'architecte a intégré nos besoins en fonction de son aménagement et nous a indiqué ses impératifs. J'ai ajusté le positionnement des poteaux selon les plans actualisés de l'architecte dans le modèle de calcul, en tenant compte des dimensions de projet. Après cela, j'ai exporté les poteaux d'Arche Ossature vers Arche Poteau et j’ai vérifié la distribution des aciers ainsi que l'élancement des poteaux. En cas de poteaux mal dimensionnés, j'ai essayé de modifier la distribution des charges et, si nécessaire, j'ai utilisé un béton de meilleure qualité. Facteur dimensionnant : L’effort normal, la section d’acier maximale, et le flambement. Resserrement des cadres pour remonter la charge 𝑅𝑎𝑡𝑖𝑜𝑠 = 𝑃𝑡𝑜𝑡 𝑎𝑐𝑖𝑒𝑟 𝐿∗𝑆𝑒𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 = 783 𝐾𝑔 14𝑚∗0.6∗0.4𝑚² = 233.03 Kg/m3 Calcul de la section armatures efforts tranchants d’acier ELU 𝑉𝑅𝑑,𝑠 = 𝐴𝑠𝑤 𝑠 ∗ 𝑧 ∗ 𝑓𝑦𝑤𝑑 ∗ 𝑐𝑜𝑡𝜃 48,4 = 𝐴𝑠𝑤 𝑠 ∗ 0.9 ∗ 0.34 ∗ 43500 ∗ 𝑐𝑜𝑡45° 𝑨𝒔𝒘 𝒔 = 𝟑𝟔, 𝟒 𝒄𝒎𝟐/𝒎𝒍 En vert section d’acier requise par calcul En rouge section réelle mise en place Aciers théoriques et réels longitudinaux (cm²) Aciers théoriques et réels transversaux (cm²/ml) d. Voile Trois types de voiles sont identifiés : les voiles Mi, qui sont des murs de refend en béton classiques, les voiles Ms, qui sont des voiles enterrées ou partiellement enterrées et ténues en tête par les planchers, et les façades en béton de bois. Sur ce projet, nous n'avons pas eu de murs de soutènement ; les éventuels soutènements sont prévus sous forme de murs gabions. ➢ Façade porteuse Béton de Bois La validation des voiles de façade a été effectuée à partir de l’étude du béton de bois, et les contraintes à respecter sont présentées dans le chapitre II. ➢ Voiles en béton armée Mi et Ms : Condition à valider : Dans le contexte des voiles d’un bâtiment R+3 la contrainte appliquée en tête de voile est très peu suivant dimensionnante vis-à-vis des aciers. La validation a été donc au niveau de l’épaisseur et de la disposition. Méthode de travail et modélisation : Pour déterminer les armatures à mettre en place, il a fallu d’abord classifier les voiles en armée et non armée suivant l’EC2 en fonction des sollicitations. Figure 17 - Détail dimensionnement poteau Effets de second ordre. 𝜆𝑙𝑖𝑚 = 20𝐴𝐵𝐶 √ 𝑁𝐸𝑑 𝐴𝑐 ∗ 𝑓𝑐𝑑 = 20 ∗ 0,7 ∗ 1.1 ∗ 0.7 √ 68.06 0.25 ∗ 0.6 ∗ 25 = 25,30 𝜆𝑥 𝑒𝑡 𝜆𝑦 > 𝜆 Les effets de second ordre ne peuvent pas être négligées. La vérification est donc faite à l’état déformée. La méthode de calcul employée est la méthode simplifiée. As,min = 0.002*Ac As,max = 0.04*Ac Le poteau est considéré rotulée aux appuis Lfamb = L Hypothèses saisies dans le logiciel D’où le NRd1 est la résistance de calcul en compression aux forces axiales et aux moments, et NRd,12 est dû à la déformation structurale (flambement). Les voiles de refend de ce projet sont peu sollicités étant donné leur configuration structurelle (les voiles ne sont pas orientés dans le sens porteur des dalles). Les voiles de refend sont donc des voiles non armés. Les voiles partiellement enterrés ont été calculés comme des voiles armés. Les voiles MI ont été armés avec un panneau PAF10 sur chaque face, ce qui représente une section de 1,19 cm²/m par face. En plus des chainages CH et CV, comme prévu dans NF EN 1992-1-1 et son Annexe Nationale. Les voiles Ms ont été calculés comme une poutre sur deux appuis, avec le chargement de la terre et en déconsidérant le poids propre. L’armature mise en place est celle requise en calcul. e. Poutres voiles. Dans les trois bâtiments, les cas courants de poutres voiles concernaient les murs de refend que se situaient au milieu de l’entrée ou d’une pièce. La solution adoptée dans ce cas a été de considérer le voile comme une poutre voile. Modélisation : Pour les dimensionner, j’ai modélisé une poutre en pied de voile sur Arche Ossature et je l’ai exporté les données de la modélisation vers Arche Poutre, ce qui m’a permis d’avoir la bonne descente de charges. NRd1 et NRd,12 ≥ NEd Voile non armée - disposions constructives Voile armée Dimensions et sollicitations réduites Ned et Ved Longueur efficace : lo et Elancement : λ λ ≤ 86 Oui Non Oui Non 𝛾 ∗ 𝐾𝑎 ∗ ℎ Figure 18 - Détail voiles Ensuite, j’ai modélisé la poutre avec 0,7 m de hauteur, comme considéré dans les Eurocodes, pour obtenir la représentation de la paroi fléchie. La transmission des efforts dans les poutres voiles doit être étudiée avec le modèle bielles- tirant en raison de son rapport longueur et hauteur. Cette diffusion des efforts rappelle le système de voûte que crée une traction en partie basse du voile. Avec cette modélisation j’ai pu avoir la section théorique du tirant longitudinaux et les armatures horizontales à mettre en place. Les poutres-voiles sont armées par des treillis soudés sur les deux faces et par un montage inférieur (le tirant) et un montage supérieur. Les sections mises en place ont été supérieu à celles de calcul. f. Acrotères : Les dispositions concernant les acrotères des murs CS2 sont détaillées dans l'ATEx. Dans notre cas, il n'y a que des acrotères hauts (h > 30 cm au-dessus de l’étanchéité). En phase PRO, mon choix technique a été de prévoir des acrotères en béton. Cela permet d'avoir plus de flexibilité dans le choix des garde-corps en phase exécution, contrairement aux acrotères en béton de bois qui limitent les options de fixation. Des joints de fractionnement ont été prévus tous les 6 mètres, comme le préconise le DTU 20.12. Les acrotères ont été armés avec 0,25 %*Section et 0,50 %Section au droit des joints de fractionnement. g. Fondations : Le dimensionnement des fondations est établi à partir de la descente de charges obtenue lors de la modélisation du bâtiment et des hypothèses géotechniques présentées dans le paragraphe 2d. Les hypothèses entrées dans le logiciel sont les suivantes : Capacité portante du sol (à l’ELS) : 𝑞𝑛𝑒𝑡 = 𝑞𝑠𝑜𝑙 ∗ 𝛾𝑅,𝑣 ∗ 𝛾𝑅,𝑑,𝑣 Avec : 𝛾𝑅,𝑣 = 2,3 à 𝑙′𝐸𝐿𝑆 𝛾𝑅,𝑑,𝑣 = 1,2 𝑞𝑠𝑜𝑙𝐸𝐿𝑆 = 0,3 𝑀𝑃𝑎 𝑝𝑜𝑢𝑟 𝑙𝑒 𝐶1 𝑒𝑡 0,35𝑀𝑃𝑎 𝑝𝑜𝑢𝑟 𝑙𝑒 𝐶2 𝑒𝑡 𝐶3 ➢ Semelles filantes et semelles isolées. Les trois bâtiments prévoient des fondations superficielles, sans risques exceptionnels, à l’exception du lot C3 qui a été dimensionné avec des dispositions constructives liées aux risques miniers. En termes de conception, aucune disposition particulière n’a été prise, vu qu’on n’a pas de contraintes liées aux limites de propriété ou à l’existant. Les semelles ont donc pu être toujours centrées par rapport aux voiles et aux poteaux. Le dimensionnement a été réalisé de manière à assurer que la contrainte exercée sur le sol par la fondation reste inférieure à la contrainte admissible du sol. Si la semelle est filante, de 𝑞𝑠𝑜𝑙 = 𝑁𝑢 𝑙∗𝑎′ on déduit que 𝑎′ = 𝑁𝑢 𝑞𝑠𝑜𝑙 Si la semelle est isolée est rectangulaire a’ x b’ et reprend un poteau a x b, on écrit 𝑞𝑠𝑜𝑙 = 𝑁𝑢 𝑎′∗𝑏′ on déduit que 𝑎/𝑎′ = 𝑏/𝑏′ La descente de charge a également été obtenue à partir d'Arche Ossature. La modélisation a été réalisée sur Arche semelle et le ferraillage a été calculé selon les méthodes de flexion ou des bielles. ➢ Dallage sur terre-plein Les plancher bas ont été traités comme des dallages sur terre-plein désolidarisé sous couche de forme préconisée par le géotechnicien. Les dallages sont régis par le NF DTU 13.3. Le dimensionnement se fait en fonction de l’usage des locaux suite classification donnée §5.5.1 du DTU 13.3 P1-1-1 : Figure 19 - Dallages sur terre-plein Les dallages sont prévus en épaisseur = 13 cm, non armée, avec une nappe de TS pour maîtriser la fissuration. Comme prévu par le DTU 13.3, des joints sciés tous les 25 m² sont prévus. Un dallage renforcé de 15 cm a été prévu au droit de la fosse d'ascenseur sur une bande de 2 m. IV. Retour D’expérience Pendant toute la période de formation en entreprise chez IC42, j'ai eu l'opportunité de travailler sur de nombreux projets intéressants. Même avec mon manque d'expérience, l'entreprise m'a confié divers projets à différentes phases, ce qui a sans aucun doute contribué de manière significative à mon développement professionnel. Aujourd'hui, je me sens plus confiante dans la gestion de projets, même si cela n'a pas toujours été le cas. J'ai appris que le processus est aussi important que le résultat final. L'apprentissage de ce métier va bien au-delà de la maîtrise des calculs et de la compréhension des structures. Chez IC42, j'ai eu l'occasion d'interagir directement avec d'autres parties prenantes des projets, de participer à des réunions, de visiter des chantiers, de gérer le travail des dessinateurs et, parfois, de prendre des décisions rapides pour résoudre des problèmes. Toutes ces expériences sont ce qui me passionne dans ce métier. J'ai perfectionné des compétences essentielles, comme l'organisation, qui s'est montrée cruciale, surtout lorsque j'ai commencé à gérer mes propres projets. J'ai également pu compter sur les précieux conseils et le suivi d'ingénieurs et de dessinateurs plus expérimentés, pour lesquels je suis profondément reconnaissante. J'ai également eu l'opportunité d'apprendre à me servir et à améliorer l'utilisation de logiciels tels que GRAITEC ARCHE, ADVANCE, AutoCAD et Excel. J'ai également produit plusieurs notes de calcul, ce qui m'a permis de prendre le temps de rechercher et de comprendre des concepts théoriques fondamentaux pour ma profession. En plus de tous les aspects techniques et professionnels, être étrangère en France et être en contact actif avec ma profession dans une autre culture a été une expérience très enrichissante. Apprendre les codes culturels, comprendre le fonctionnement des choses, et tester ma flexibilité permanente ont été des défis qui m'ont fait grandir tant professionnellement que personnellement. Je suis reconnaissante envers la structure d'accueil qui m'a permis de vivre tout cela, en me soutenant et en me donnant la confiance nécessaire pour m'adapter et relever ces défis. En conclusion, ce fut une expérience extrêmement enrichissante. En peu de temps, j'ai été en contact avec divers projets et situations pertinents pour la profession. J'ai beaucoup appris et j'ai pu appliquer plusieurs concepts étudiés à l'école d'ingénieurs, toujours accompagnée par des personnes compétentes et investies. J'ai été motivée par les projets et je me suis investie au maximum pour les mener à bien. V. Conclusion En conclusion, mon stage au sein de l'entreprise Ingénierie Construction a été une expérience véritablement enrichissante. J'ai eu l'opportunité d'explorer différents aspects du domaine professionnel de l'ingénierie structurelle, tout en développant mes compétences et en acquérant de nouvelles connaissances. Au cours de mon stage, j'ai travaillé sur plusieurs projets stimulants, notamment des projets en phase EXE comme la fondation des bâtiments industriels et même une réhabilitation de ferme en logements, que je n’ai pas cités dans ce rapport, des notes de calcul et des projets de dessins, et finalement la mission en phase PRO des Hauts de Terrenoire, objet de ce rapport. Ces missions m'ont permis d'appliquer et d'acquérir des connaissances théoriques et de développer des compétences dans le domaine du calcul structurel. Grâce à mon stage, j'ai pu observer le fonctionnement d'une entreprise dynamique de près et participer activement à ses activités. J'ai également pu collaborer avec des professionnels expérimentés qui m'ont guidée et soutenue tout au long de mon stage. Leur expertise m'a permis de mieux appréhender les défis du secteur et de gagner en confiance en mes capacités. En analysant les résultats des projets sur lesquels j'ai pu travailler, je comprends l'importance de la rigueur et de l'organisation qu'exige ce métier. Il est remarquable de constater à quel point j'ai évolué entre les projets que j'ai menés lors de mon entrée dans l'entreprise et mes derniers projets. La clarté de mes derniers projets reflétait la clarté avec laquelle je comprenais ce que je faisais. Il reste encore un long chemin à parcourir pour monter en expérience et maîtriser parfaitement mon métier, mais cette expérience a été un bon pas vers cette voie. Le fait d’avoir travaillé avec des professionnels compétents m’a beaucoup inspirée. En conclusion, ce stage a été une expérience formatrice qui m'a permis d'acquérir des compétences techniques et professionnelles indispensables dans le domaine du calcul structurel en béton armé. Je remercie l'entreprise IC42 et mon tuteur de stage pour cette opportunité. Je suis confiant que les connaissances et compétences acquises pendant mon stage seront des atouts précieux pour ma future carrière professionnelle. Bibliographie Normes • Eurocode 0 : Bases de calculs des structures (EN 1990). • Eurocode 1 : Actions sur les structures (EN 1991). • Eurocode 2 : Calculs des structures en béton (EN 1992). • Eurocode 6: Calcul des ouvrages en maçonnerie (EN 1996). • Eurocode 7 : Calcul géotechnique (EN 1997). • DTU 20.1 Ouvrages en maçonnerie de petits éléments – Parois et murs • DTU 13.3 Dallages - Conception, calcul et exécution - Partie 3 : cahier des clauses techniques des dallages de maisons individuelles Documents Technique béton de bois : ATEx - APPRECIATION TECHNIQUE D'EXPERIMENTATION N° de référence CSTB : 3044_V1 : https://ccbgreentech.com/upload/data/files/DOCS/3044-v1%20%281%29.pdf Principe constructif CS2 : https://ccbgreentech.com/upload/data/files/ACTIVITE/Principe%20constructif%20TimberRo c%20CS2%20-%20V2.2.pdf FICHE DE DECLARATION ENVIRONNEMENTALE ET SANITAIRE DU PRODUIT - Panneau TimberRoc CS2 Epaisseur 24 cm Disponible : https://ccbgreentech.com/66- documentation-ccb-greentech-beton-de-bois-timberroc.htm. Guides d’Application : - ROUX J., « Maîtrise de l’Eurocode 2 », Editions EYROLLES, 2009 - ROUX J., « Pratique de l’Eurocode 2 », Editions EYROLLES, 2009 - Davidovici, Victor. Formulaire Du Béton Armé - Tome 1. Édité par Le Moniteur. - Davidovici, Victor. Formulaire Du Béton Armé - Tome 2. Édité par Le Moniteur. Sites internet : GULLYWEB. Documentation CCB Greentech - Solutions constructives murs - Planchers - Béton de Bois - TimberRoc. Disponível em: . Calcul des voiles en BA selon l’EC2. (2022). SlideShare; Slideshare. https://fr.slideshare.net/nguyenmlan/calcul-des-voiles-en-ba-selon-lec2#1 https://ccbgreentech.com/upload/data/files/DOCS/3044-v1%20%281%29.pdf https://ccbgreentech.com/upload/data/files/ACTIVITE/Principe%20constructif%20TimberRoc%20CS2%20-%20V2.2.pdf https://ccbgreentech.com/upload/data/files/ACTIVITE/Principe%20constructif%20TimberRoc%20CS2%20-%20V2.2.pdf Liste des figures Figure 1 - Chiffre d'affaires Ingénierie Construction depuis trois ans ....................................... 5 Figure 2 - Localisation Ingénierie Construction Saint Etienne (42) .......................................... 5 Figure 3 - Objectifs de Développement Durable (ODD) ........................................................... 6 Figure 4 - Réhabilitation des bâtiments 3 et 4 École d'ingénieur Sigma.................................... 7 Figure 5 - Construction ateliers de formation lycée Henri Sainte-Claire Deville Issoire (63) ... 7 Figure 6 - Restructuration Lycée Honoré d’Urfé Saint-Etienne (42) ......................................... 7 Figure 7 - Localisation des lots C1, C2 et C3. ........................................................................... 9 Figure 8 - C1 ............................................................................................................................ 10 Figure 9 - C2 ............................................................................................................................ 11 Figure 10 - C3 .......................................................................................................................... 11 Figure 11 - Extrait du plan de prévention des risques miniers de la ville de Saint-Etienne – Pièce n°4 – 6 – Carte du zonage PPRM – Zoom F – Janvier 2018 .......................................... 13 Figure 12 - Configurations des bâtiments un béton de bois. Extrait ATEx CS2 ..................... 15 Figure 13 - Disposition de principe des chainages pour la configuration A zones sismique 1 et 2. Extrait ATEx CS2. ............................................................................................................... 16 Figure 14 - Principe des poteaux noyées dans les façades n béton de bois Extrait ATEx CS2 17 Figure 15 - Détail dimensionnement des dalles ....................................................................... 19 Figure 16 - Détail dimensionnement de la poutre .................................................................... 21 Figure 17 - Détail dimensionnement poteau ............................................................................ 23 Figure 18 - Détail voiles ........................................................................................................... 24 Figure 19 - Dallages sur terre-plein .......................................................................................... 27 MEMORIAL TECHNIQUE BETON DE BOIS Giovanna PAIXAO // Année 2024-2025 Ecole National d’Ingénieurs de Saint- Etienne Ingénierie Construction Saint Etienne IC42 Introduction Dans le cadre de mon projet de fin d’études à l’École Nationale d’Ingénieurs de Saint-Étienne, j’ai eu l’opportunité de travailler avec le béton de bois, en panneaux préfabriques CS2, un matériau innovant récemment industrialisé en 2021. Cette expérience a marqué la première utilisation de ce matériau dans notre bureau d’études. J'ai dirigé les recherches nécessaires pour valider l'utilisation du béton de bois, en collaborant avec les ingénieurs d'IC42 et les concepteurs du matériau. J’ai également analysé et appliqué les directives de l'ATEX disponibles pour ce projet. Les panneaux CS2, fabriqués par CCB Greentech ou ses partenaires sous licence TimberRoc, sont destinés à la réalisation de murs porteurs et/ou de contreventement. Composés de mortier de granulats de bois et de ciment, ces panneaux supportent les charges verticales et horizontales, assurent la stabilité au feu et le comportement parasismique grâce à des chaînages en béton armé. Ils peuvent être complétés par des poteaux ou poutres en béton armé pour des charges concentrées. L’objectif de ce mémorial technique est de réunir toutes mes recherches, les réponses apportées à mes questions, des points qui n’ont pas encore été confirmée avec les concepteurs, présenter des études des points singuliers pour évaluer le comportement de l’ensemble de ma structure et un brief comparassions économique et mécanique avec des principes constructifs similaires. SOMMAIRE Introduction ............................................................................................................. 2 1. Présentation globale .......................................................................................... 4 2. Informations utiles : fonctionnement et mode d'emploi ........................................ 5 • Liaison panneaux en béton de bois et chainages béton ...................................... 5 • Limitation en dimensions des murs : ................................................................ 5 • Fondations : ................................................................................................... 5 • Clavetage en béton armée : ............................................................................. 6 • Traitement des baies et ouvertures : ................................................................. 6 • Stabilité de l’ensemble de l’ouvrage.................................................................. 7 • Renforts en béton armée ................................................................................. 7 • Linteaux : ....................................................................................................... 7 • Acrotères : ...................................................................................................... 8 • Cas particuliers : ............................................................................................. 8 3. Variétés et classifications .................................................................................. 8 4. Description du Matériau ................................................................................... 10 4.1 Composition .................................................................................................... 10 4.2 Propriétés physiques et chimiques ..................................................................... 10 4.3 Propriétés Mécaniques ELU et ELS ..................................................................... 11 4.4 Détermination de la charge admissible NRd ....................................................... 12 • Durabilité et longévité ................................................................................... 16 • Isolation thermique et acoustique : ................................................................ 18 • Isolation acoustique : .................................................................................... 18 • Finition : ....................................................................................................... 18 5. Avantages et Inconvénients .............................................................................. 20 6. Comparaison des Caractéristiques avec d’autres principes constructifs ............. 20 7. Analyse de Coût .............................................................................................. 21 8. Documents de référence.................................................................................. 22 1. Présentation globale Le béton de bois est utilisé pour fabriquer des éléments préfabriqués, tels que des murs porteurs ou des panneaux de façade, qui sont ensuite assemblés sur site. Les performances mécaniques du béton de bois sont proches de celles de la maçonnerie traditionnelle. Les principales caractéristiques de ce principe constructif de murs porteurs avec chaînages horizontaux et verticaux dimensionnés selon la zone sismique : • Murs préfabriqués en béton de bois Timber Roc® • Panneaux à assemblage sur chantier par clavetage en béton • Réservations pour les chaînages intégrées • Chaînages en béton armé à couler sur chantier • Murs porteurs et/ou de contreventement 2. Informations utiles : fonctionnement et mode d'emploi • Liaison panneaux en béton de bois et chainages béton : La liaison entre le chaînage en béton armé (ou les éléments de renfort en béton armé) et les panneaux en béton de bois est réalisée par adhérence béton/béton de bois (le coulage du béton est réalisé après la mise en œuvre des panneaux). [§1° page 2 ATEx] de façon similaire à la construction en maçonnerie de blocs ou briques. • Limitation en dimensions des murs : [§3.1 page 9 ATEx]. o Hauteur panneau : 330cm (380cm avec relevé planelle/acrotère) o Longueur panneau : 800cm o Epaisseurs murs de rives : 24cm à 40cm. o Epaisseurs murs de refend : 20cm à 40cm. o Dimensions maximums des ouvertures intégrées : 300cm * 270cm (Largeur * Hauteur) o Planelle intégrée pour les appuis des dalles. L’ATEx n’indique pas la dimension mini de la planelle pour les dalles, mais il indique l’appui mini des dalles comme : [§4.7.3 page 43 ATEx]. ▪ Au 2/3 de l’épaisseur pour les parois d’épaisseur < 30 cm ▪ Au 3/5 de l’épaisseur pour les parois d’épaisseur ≥ 30 o Hauteur totale du bâtiment : ne doit pas dépasser 28 mètres au niveau du plancher bas du dernier niveau o Surélévation : 3 niveaux maximum sur des bâtiments de 1ère famille, 2ème famille et 3ème famille en béton armé. Le dernier niveau en béton de bois CS2 peut accueillir un attique si les vérifications de structure le permettent. • Fondations : o Les panneaux ne sont pas destinés à être utilisés en mur enterrés [§1.2 de l’ATEx]. o La première assise des murs ne dépasse pas de plus de 20 mm le bord d’un plancher ou d’une fondation. o Risques de la remontée de capillarité : Mêmes précautions prises pour la maçonnerie dans le DTU 20.1. [§4.3.3 page 12 ATEx]. • Clavetage en béton armée : o Selon la zone et la catégorie sismique, la synthèse est donnée par classification en configurations de A à E [§4.4 page 14 ATEx] o Le rôle des chaînages est de ceinturer les panneaux de murs et les planchers. Ils doivent être liées entre aux. [§4.5.1 et §4.6.1 ATEx] o Chaque liaison verticale entre 2 panneaux adjacent doit accueillir un chaînage coulé sur chantier. [§4.6.1 ATEx] o Continuité des chaînages et enrobage des armatures est similaire à celle d’une maçonnerie chainée relevant du DTU 20.1[§4.6.1 page 27 ATEx] o Le ferraillage requis pour chaque chaînage est donné dans §4.6.2 page 37 de l’ATEx pour un bâtiment en configuration A et §4.6.3 et §4.6.4 pour les autres configurations. o A noter qu’on peut remplacer les chaînages de renfort d’ouverture sur les zones verticales par des chaînages secondaires ou principaux. Les chaînages de renfort d’ouverture ou les chaînages verticaux de substitution doivent se situer à une distance inférieure à 35 cm du bord vertical du tableau de l’ouverture. Les chaînages principaux peuvent être substitués par des chaînages secondaires si un chaînage principal est disposé à moins de 120cm. • Traitement des baies et ouvertures : [§4.6.1 ATEx] o Dimensions des trumeaux : minimum de 60 cm plein en béton de bois. o La longueur de retours d’angles d’un bâtiment doit être au minimum de 60 cm. o Il est possible de réduire cette longueur en insérant des éléments porteurs en béton armé de type poteaux, sans être inférieur à une longueur de 40cm. o Les appuis de baies sont réalisés sur chantier ou en éléments préfabriqués (béton, pierre, terre cuite). Leur mise en œuvre doit suivre les dispositions précisées au NF DTU 20.1 P1.1 [§4.8.3 ATEx] o Les tableaux de baies sont réalisés directement dans les panneaux CS2 par coffrage lors de la fabrication. La position des ouvertures doit respecter les indications géométriques données dans l’annexe n°1 « Conception des Panneaux CS2 et règles techniques de dessin ». • Stabilité de l’ensemble de l’ouvrage o Les panneaux de mur CS2 TimberRoc reprennent les efforts verticaux et horizontaux – Les vérification sont conduites à l’Etat Limite Ultime. o Les points singuliers à vérifier (charge concentrée, linteau de porte/fenêtre, encadrement de baie) sont les mêmes que pour les ouvrages en maçonnerie traditionnelle. • Renforts en béton armée [§4.6.1 page 28 ATEx et §4.10.2 page 49 ATEx] o Lorsque les charges à supporter imposent la disposition d’un élément porteur en béton armé, le panneau CS2 peut servir de coffrage à cet élément. o L’exécution de ce renfort en béton armé doit respecter les exigences du NF DTU 21. o Les panneaux CS2 peuvent aussi intégrer directement à la fabrication des éléments de renfort en béton armé si les dispositions de continuité des armatures métalliques sont bien applicables sur le chantier par la suite. • Linteaux : Les linteaux sont en béton armé, soient coulés en usine et intégrés au panneau CS2, soient coulés sur chantier en retombée du chaînage horizontal. La longueur d’appui des linteaux sur les murs CS2 ne peut être inférieure à 24cm. Dans le cas d’ouvertures accueillant des renforts chaînés verticaux, le linteau doit à minima appuyer jusqu’à la limite extérieure des chaînages de renforts verticaux. • Acrotères : o Classification des acrotères haut et bas comme dans le béton o Les joints de fractionnement sont à prévoir comme pour le béton ont définies en référence au DTU 20.1 P4 • Cas particuliers : o 4.10.1. Bâtiments de grande hauteur et portes sectionnelles o 4.10.2. Mix avec éléments porteurs en béton armé de types poteaux et poutres o 4.10.3. Planchers en balcon o 4.10.5. Bâtiments en surélévation o Les panneaux ne peuvent pas travailler en poutre voile. o Les formes géométriques des panneaux restent classiques, il n’est pas possible d’avoir des voiles courbes ou une géométrie spécifique. 3. Variétés et classifications Selon la configuration, en particulier la taille du bâtiment, le béton de bois peut être utilisé dans différents principes constructifs : • Murs porteurs à ossature bois et chaînage bois (WSI) : les panneaux (30 à 34 cm d’épaisseur) sont vissés entre eux, et constituent eux-mêmes la structure bois. Ils requièrent simplement une isolation complémentaire. Ce principe convient aux maisons individuelles (R+1). • Murs porteurs à chaînage béton armé (CS2) : les panneaux (20 à 30 cm d’épaisseur) intègrent des réservations sur-mesure, dans lesquelles est coulé un chaînage en béton armé sur le chantier pour les assembler, en intégrant une rive de dalle isolée. Ce principe convient aux bâtiments jusqu’à R+3. • Murs de façade filante (FP2&3) : les panneaux (16 à 20 cm d’épaisseur) s’intègrent dans une structure poteaux – dalles. Ils peuvent être autoporteurs jusqu’à R+3, au-delà ils s’ancrent dans les nez de dalle pour des immeubles jusqu’à R+10. • Planchers en prédalle nervurée (DS1) : les panneaux nervurés intègrent des poutrelles en béton armé. Si leur utilisation permet de réduire la quantité de béton armé utilisée par rapport à des alternatives comme la « Dalle BB » et le bilan carbone, son épaisseur (entre 16 et 20 cm) supérieure à la moyenne peut être vue une contrainte pour la construction d’immeuble, puisqu’elle peut réduire le nombre d’étages à hauteur égale. 4. Description du Matériau • 4.1 Composition Les panneaux préfabriqués CS2 sont réalisés à partir d’un mortier à base de : • Granulat de bois résineux broyées, • Additifs minéraux - chaux, • Ciment CE ou NF de type CEM I, CEM II ou CEMIII d’indice 42,5 ou 52,5, • Eau 4.2 Propriétés physiques et chimiques 4.3 Propriétés Mécaniques ELU et ELS En dimensionnement ELU, le béton de bois a les caractéristiques suivantes : Coefficient de fluage = 1,9 Flim_feu = 220 kN/ml • Discussion sur les caractéristiques annoncées 𝒇𝒅,𝑬𝑳𝑼 = La valeur de calcul ELU de 1,36 MPa pour la résistance à la compression est très basse, pire que la brique. Cela nous oblige quasi systématiquement à prévoir des sommiers en béton pour les poutres de façade. 𝑬 = Le module d’élasticité est également très bas, soit 15 fois moins important que le béton. La mise en place de ces deux matériaux liés peut nous inciter à interroger sur le fonctionnement de la structure globale étant donné que ce comportement du béton de bois puisse entraîner des contraintes supplémentaires dans certaines zones. Pour nous assurer de la stabilité du bâtiment, nous avons mené des calculs simples et effectué des vérifications locales concernant le fonctionnement béton/béton de bois, notamment au droit des trumeaux en béton et au droit du rencontre des façades et des murs de refend. Sous une charge maximale admissible de 16,4 t/ml, les panneaux d'une hauteur de 3,00 m présentent un tassement de l'ordre de 0,5 mm, tandis que le béton montre un tassement pratiquement nul. Ce tassement est négligeable et ne cause pas de désordres ponctuels. 4.4 Détermination de la charge admissible NRd Mur soumis principalement à un chargement vertical répartie 𝑁𝑅𝑑 = 𝑙 × 𝑡 × 𝑓𝑑 × Φ Avec : 𝑙 : longueur du mur, 𝑡 : épaisseur du mur [m], 𝑓𝑑 : valeur de calcul de la résistance à la compression du mur [kPa], Φ: coefficient de réduction pour tenir compte de l’élancement du mur, de l’excentricité des charges verticales appliquées. Le calcul du coefficient de réduction est effectué selon la méthode décrite au paragraphe « 6.1.2.2 Coefficient de réduction pour l'élancement et l'excentricité » de l’EC6-1. La valeur à retenir dans le calcul est la plus petite des deux valeurs Φi et Φm : Φ = min(Φ𝑖; Φ𝑚) Avec : Φ𝑖 = 0,8 × (1 − 2 𝑒𝑖 𝑡 ) ∶ 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡 𝑑𝑒 𝑟é𝑑𝑢𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙é 𝑒𝑛 𝑡ê𝑡𝑒 𝑜𝑢 𝑒𝑛 𝑝𝑖𝑒𝑑 𝑑𝑒 𝑚𝑢𝑟, Φ𝑚 = 𝐴1𝑒 (− 𝑢2 2 ) : 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡 𝑑𝑒 𝑟é𝑑𝑢𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙é à 𝑚𝑖 − ℎ𝑎𝑢𝑡𝑒𝑢𝑟. Avec : 𝑒𝑖 : excentricité totale en tête ou pied de mur 𝑡 : épaisseur du mur [m], Et : 𝐴1 = 1 − 2 𝑒𝑚 𝑡 𝑢 = 𝜆 − 0,063 0,73 − 1,17 𝑒𝑚 𝑡 𝜆 = ℎ𝑒𝑓 𝑡 √ 𝑓𝑘 𝐸 Avec hauteur effective du mur déterminée selon EC6 § 5.5.1.2 Hauteur effective des murs de maçonnerie. o Pour les murs liés en tête et en pied à un plancher en béton armé portant dans un seul sens et ayant un appui d'au moins les 2/3 de l'épaisseur du mur (cas général pour le système CS2), la hauteur effective est prise égale à 0,75 fois la hauteur libre (EC6 § 5.5.1.2 Hauteur effective des murs de maçonnerie) Le calcul de l’excentricité totale, 𝑒𝑖 ou 𝑒𝑚, est détaillé dans la norme EC6-1 (§ 6.1.2.2) : elle comprend obligatoirement une composante liée à l’excentrement des charges et une composante liée aux imperfections géométriques, et ne peut être inférieure au 1 20⁄ ème de l’épaisseur. 𝑒𝑖 = 𝑀𝑖𝑑 𝑁𝑖𝑑 + 𝑒ℎ + 𝑒𝑖𝑛𝑖𝑡 ≥ 0,05t 𝑒𝑚 = 𝑀𝑚𝑑 𝑁𝑚𝑑 + 𝑒ℎ𝑚 + 𝑒𝑖𝑛𝑖𝑡 ≥ 0,05t L’excentricité liée aux imperfections géométriques est prise égale à (EC6-1 §5.5.1.1 (4)) : 𝑒𝑖𝑛𝑖𝑡 = ℎ𝑒𝑓 450 Les tableaux ci-dessous donnent les valeurs du coefficient Φ pour différentes configurations de murs simple hauteur dont l’élancement ≤ 15, les hypothèses (hauteur libre, hauteur effective, épaisseur, charge centrée ou excentrée) sont précisées dans chaque cas : Dans notre cas Φ = 0,72 pour une charge centrée et Φ = 0,50 pour une charge excentrée 𝑁𝑅𝑑 = 𝑙 × 𝑡 × 𝑓𝑑 × Φ 𝑁𝑅𝑑 = 1,00 × 0,24 × 3000 2.2 × 0,72 = 𝟐𝟑𝟓, 𝟔 𝐤𝐍/𝐦𝐋 𝑁𝑅𝑑 = 1,00 × 0,24 × 3000 2.2 × 0,50 = 𝟏𝟔𝟑, 𝟔 𝐤𝐍/𝒎𝑳 • Durabilité et longévité La durabilité et longévité des panneaux CS2 retirées de la fiche de déclaration environnementale et sanitaire du produit Panneau TimberRoc CS2 Epaisseur 24cm. Termites - Le matériau béton de bois n'est pas une source de nourriture pour les termites. Resistance mycologique - Dans cette condition climatique (95% +/-5% d'humidité relative et 23°C +/-2°C - après un trempage préalable de 2 jours dans l’eau) d'exposition aux moisissures pendant 3 semaines, le béton de bois testé est résistant au développement des moisissures. • Isolation thermique et acoustique : Le béton de bois a une conductivité thermique, qui définit son aptitude à laisser passer la chaleur, de 0,16 W/m.K. Bien plus faible que pour le béton classique (de l’ordre de 1,7 W/m.K), cette valeur ne le place cependant pas au niveau des isolants. Il est possible d’appliquer une couche d’isolation supplémentaire coté extérieur. Ce matériau se distingue par sa grande inertie thermique, c'est-à-dire à sa capacité à se maintenir à une température constante malgré les variations de la température extérieur, contribuant fortement au confort d’été des logements : • Avec un taux d’amortissement de 96 %, les variations de température des parois seront très limitées. • Son déphasage thermique – c’est-à-dire le temps que la chaleur met à traverser une paroi – est d’environ 18 heures (pour 30 cm d’épaisseur), une des valeurs les plus élevées parmi les matériaux existants. Cela signifie qu’en cas de forte chaleur pendant la journée, le logement restera à une température inférieure à l’extérieur, en attendant de profiter de la fraîcheur de la nuit. • Isolation acoustique : Le coefficient de réverbération Alpha_w d’un panneau en béton de bois est de 0.7, soit un niveau proche de celui des panneaux acoustiques. Il y a donc une absorption acoustique remarquable. • Finition : Les panneaux CS2 en béton de bois TimberRoc ne garantissent pas l’étanchéité à l’air requise par la réglementation : il est nécessaire de prévoir des solutions complémentaires par enduisage extérieur, enduisage intérieur ou avec des complexes d’isolation ou de pare-vapeur du côté extérieur ou intérieur [§8.6 ATEx] ITI : En ITI, les planelles intégrées sur les panneaux en nez de dalle contribuent à réduire les ponts thermiques. ITE : Le béton de bois TimberRoc fonctionne également bien en ITE. 5. Avantages et Inconvénients • Avantages : o Inertie très importante o Matériau léger o Bilan carbone négatif o Ininflammable o Installation rapide et silencieuse o Conformité RE2020 o Performance : Durable, résistant au feu, bon isolant acoustique, et offre un confort thermique toute l'année. o Applications structurales : Utilisable pour des murs porteurs jusqu’à R+3 et des façades jusqu’à 10 étages. o Mise en œuvre rapide : Construction rapide et coûts optimisés grâce à la préfabrication. o Recyclabilité : Bon taux de réutilisation, favorisant le recyclage. o Innovation : Technologie brevetée, alliant béton de bois et béton armé. • Inconvénients o Utilisation de ciment : Toujours dépendant du ciment, une source importante d’émissions de CO₂. o Étanchéité et isolation : Nécessite des traitements supplémentaires pour l’étanchéité et l’isolation. o Applications limitées : Actuellement limité à certains types de constructions, comme les murs porteurs et les façades. o Adoption limitée : Encore peu de projets réalisés, ce qui peut freiner son adoption à grande échelle. 6. Comparaison des Caractéristiques avec d’autres principes constructifs Béton de Bois BioBrique – Terre cuite Béton C25/30 𝒇𝒎 [𝑴𝑷𝒂] 4,00 8,8 à 11,3 25 𝒇𝒌 [𝑴𝑷𝒂] 3,00 2.8 à 5,8 30 𝜸𝒎 𝑬𝑳𝑼 2,2 2,5 1,5 𝒇𝒅 𝑬𝑳𝑼 [𝑴𝑷𝒂] 1,36 1,12 à 2,32 16,67 𝑭𝒍𝒊𝒎 𝒂𝒖 𝒇𝒆𝒖 [𝒕/𝒎𝒍] 22,0 14,0 - 𝝆 [𝒌𝒈/𝒎𝟑] 800 620 à 875 2500 𝑬 [𝑴𝑷𝒂] 2000 2800 à 5800 31000 𝝀 [𝑾/𝒎. 𝒌] 0,16 0,7 à 1,2 2,1 à 2,3 Bilan Carbonne kg CO2e/m² -40 à -70 40 250 à 350 7. Analyse de Coût Le coût estimatif pour un voile ou une dalle en béton de bois est compris entre 180€ et 220€ par m², en fonction des épaisseurs et des choix constructifs. Ce montant est indicatif, les prix précis étant déterminés par les préfabriquant et les maçons. En revanche, une évaluation du coût/bénéfice doit être faite, car ce principe constructif permet de réaliser des économies par ailleurs : Fondations plus légères : Moins de renforcement nécessaire grâce à un poids trois fois inférieur à celui du béton traditionnel. Système constructif écoconçu : Réduction des besoins en rupteurs thermiques. Économies d’énergie : Meilleure inertie thermique, réduisant les besoins en climatisation. Biosourcé abordable : Coût estimé à 4€ par kg de matériau biosourcé, contre 12€ pour le MOB, avec 80% de bois en volume pour un faible impact carbone. • Comparaison avec d’autres matériaux : Les couts du béton de bois indiqués se sont les coûts estimatifs fournis/posés, les autres sont des valeurs estimatives rencontrées sur internet direct avec les fournisseurs. Béton de Bois Brique – Terre cuite Maçonnerie Composite Béton Cout €/m² 180 - 220 50 - 80 70 à 110 50 à 80 8. Documents de référence Normes - NF DTU 20.1 - NF DTU 26.1 - NF EN 1990 (Eurocode 0) - NF EN 1991 (Eurocode 1) - NF EN 1992 (Eurocode 2) - EN 1996 (Eurocode 6) - EN 1998 (Eurocode 8) - NF EN 206 Documents Technique béton de bois et d’autres principes constructifs : ATEx - APPRECIATION TECHNIQUE D'EXPERIMENTATION N° de référence CSTB : 3044_V1 : https://ccbgreentech.com/upload/data/files/DOCS/3044-v1%20%281%29.pdf Principe constructif CS2 : https://ccbgreentech.com/upload/data/files/ACTIVITE/Principe%20constructif%20Timb erRoc%20CS2%20-%20V2.2.pdf Présentation du béton de bois TimberRock : https://ccbgreentech.com/upload/data/files/Pr%C3%A9sentation_Beton_de_bois_Timb erRoc%20Avril%202024.pdf Document RE9 : Rapport d’essais du LMC2 de Mai 2022 « Essais sur béton de bois : Essais de fluage en compression » Disponible via demande au bureau d’étude responsable pour la conception bio'bric. (n.d.). Document Technique Fabricant - Briques de mur bgv montées au mortier joint mince GAMME BIO’BRIC SUD (Édition mars 2024) https://www.biobric.com/documents/1310 https://ccbgreentech.com/upload/data/files/DOCS/3044-v1%20%281%29.pdf https://ccbgreentech.com/upload/data/files/ACTIVITE/Principe%20constructif%20TimberRoc%20CS2%20-%20V2.2.pdf https://ccbgreentech.com/upload/data/files/ACTIVITE/Principe%20constructif%20TimberRoc%20CS2%20-%20V2.2.pdf https://ccbgreentech.com/upload/data/files/Pr%C3%A9sentation_Beton_de_bois_TimberRoc%20Avril%202024.pdf https://ccbgreentech.com/upload/data/files/Pr%C3%A9sentation_Beton_de_bois_TimberRoc%20Avril%202024.pdf https://www.biobric.com/documents/1310 Sites internet : Concilier confort d’été et construction décarbonée avec le béton de bois. Disponible en : https://www.adaptaville.fr/concilier-confort-d-ete-et-construction-decarbonee-le- beton-de-bois>. Access en : 02 août. 2024. GULLYWEB. Documentation CCB Greentech - Solutions constructives murs - Planchers - Béton de Bois - TimberRoc. Disponible en : . Comment le béton de bois s’implante dans la construction - ByBeton. Disponible en :https://bybeton.fr/grand_format/comment-le-beton-de-bois-simplante-dans-la- construction. FRÉDÉRIC BURGUIÈRE. Le béton de bois pour décarboner les constructions de demain. Disponible en Béton de bois de CCB GREENTECH : fiche produit et informations techniques sur Materiaux.archi. Disponible en: . RE 2020 : tout savoir sur la future réglementation. (n.d.). Biobric. https://www.biobric.com/tout-savoir-re-2020. ETUDES ENERGETIQUES ET ENVIRONNEMENTALES DU BETON DE BOIS CCB GREENTECH. https://beton-de-bois.fr/upload/data/files/DOCS/ETUDE_SOLAB_JUILLET_2022.pdf https://bybeton.fr/grand_format/comment-le-beton-de-bois-simplante-dans-la-construction https://bybeton.fr/grand_format/comment-le-beton-de-bois-simplante-dans-la-construction https://www.biobric.com/tout-savoir-re-2020 https://v3.camscanner.com/user/download https://v3.camscanner.com/user/download