SISBOIS : Comportement parasismique

SISBOIS : Comportement parasismique
19.122015
Mots-clésEssais, Murs à ossature bois, Parasismique, Simulation, et Variabilité
Secteur
2de transfo & Construction, Ameublement et Aménagement et Environnement
DateProjet terminé
Le projet SISBOIS, mené en collaboration avec le département Génie civil et Environnemental de l'Institut de Mécanique et d'Ingénierie de l'Université de Bordeaux a pour objectif d’améliorer les connaissances scientifiques sur le comportement sismique des murs à ossatures bois (avec panneaux agrafés ou pointés) afin d’optimiser leur dimensionnement aux séismes.

SISBOIS étudie et modélise le comportement des maisons à ossature en bois dans le but de produire une méthodologie de calcul dite capacitive (méthode N2), adaptée à l’évaluation de la tenue des maisons bois aux sollicitations sismiques.

Développement de la méthode capacitive dite N2 pour les murs à ossature bois :

Lors du développement de cette méthode aux murs à ossature bois, deux types d’approche d’obtention de la raideur initiale des murs ont été examinés :

Le premier à partir de la réalisation d’essais cycliques, ce qui n’est pas toujours possible lors d’une utilisation en ingénierie. A partir des données d’essais menés dans SISBOIS et du précédent projet SISMOB3, nous avons montré que l’utilisation de la méthode N2, développée à partir des courbes enveloppes des essais cycliques, donne une bonne estimation des valeurs expérimentales des déplacements en tête de mur obtenues lors des essais dynamiques

le second à partir de modèles analytiques intégrant les caractéristiques géométriques et matérielles des MOB. L’estimation de cette raideur par calcul analytique à partir des caractéristiques géométriques et matérielles des éléments de MOB montre un écart relatif allant jusqu’à 30%.

Estimation du coefficient de comportement q pour les murs à ossature bois avec panneaux OSB de 12 mm d’épaisseur fixés par agrafes sur la base de trois campagnes expérimentales :​

34 essais à l’échelle de l’assemblage ont été menés pour représenter localement la jonction entre le montant et le panneau en OSB/3 d’un mur à ossature bois. Cette campagne concerne les deux assemblages suivants :
 – d’une part, l’assemblage avec pointes de diamètre 2,5 mm et longueur de 50 mm utilisée lors de l’étude SISMOB3,
– d’autre part, l’assemblage avec agrafes de section 1,34 mm × 1,60 mm et de longueur 50 mm.

Ces essais ont nécessité la mise au point d’une éprouvette et un protocole d’essai.

Ces essais ont permis de vérifier expérimentalement que l’assemblage agrafé retenu, orienté à 0° (par rapport au fil du bois des montants), présente des performances instantanées comparables à celles de l’assemblage pointé de l’étude SISMOB3. Cela nous permettra donc de comparer le comportement dynamique de murs réalisés à partir des deux types d’assemblages ayant des comportements instantanés semblables. Egalement, une comparaison avec le calcul selon l’Eurocode 5 a montré une similitude entre les valeurs EC5 et les valeurs expérimentales.

15 essais à l’échelle de l’élément du mur ont été menés pour des murs à ossature bois avec diaphragme agrafé en OSB/3 (Oriented Strand Board) de 12 mm d’épaisseur pour deux vitesses d’essai et trois niveaux de la charge verticale.

Ces essais ont permis :
– d’établir les courbes de capacité des murs nécessaires pour développer la méthode de dimensionnement N2,
– de déterminer le critère de non effondrement en déplacement pour mener les essais sur table vibrante (cf. tache 3.2 suivante),
– d’étudier l’influence de la vitesse et du niveau de la charge verticale sur la capacité résistance des murs, le critère en déplacement utilisé pour mener les essais dynamiques et la ductilité cyclique établie selon ASTM 2126A DC,ASTM. Les essais à l’échelle du mur agrafé ont montré que : en ce qui concerne l’influence de la charge verticale la seule différence statistique significative observée concerne la ductilité cyclique. En ce qui concerne l’influence de la vitesse d’essai, il n’y a aucune différence statistique significative entre les configurations rapides et lentes.

14 essais dynamiques ont été menés sur des murs à ossature bois conçus selon les principes de dimensionnement en capacité (ancrages dimensionnés en sur-résistance et zones dissipatives localisées dans les agrafes fixant les panneaux OSB/3) et soumis à une charge verticale allant jusqu’à 850kg/ml. Les essais ont été menés pour des séismes représentatifs de l’aléa fort en France.

Ces essais ont mis en évidence des modes de ruine correspondant à des rotules plastiques au niveau des agrafes de fixation des panneaux (zones dissipatives). Ceci est l’un des points clés dans la conception d’une structure ductile.
La comparaison du comportement dynamique des murs agrafés et pointés montre que les déplacements en tête de mur sont semblables. De plus, leur limite de non effondrement est proche. De ce fait, le pic d’accélération du sol correspondant à leur limite de non effondrement est proche pour les deux types de murs.

Sur la base de ces résultats, il est proposé de retenir également comme pour les murs avec pointes la valeur de 3 pour le coefficient de comportement q pour des murs à ossature bois et panneaux en voile travaillant en OSB à partir de 12 mm d’épaisseur fixé par les agrafes testées. Pour rappel, à ce jour, la valeur du coefficient q usuellement utilisée est de 1,5 pour les panneaux OSB de 12 mm d’épaisseur (facteur de réduction des efforts utilisé pour un dimensionnement au séisme, mené selon une analyse statique).
Il est à noter que ces valeurs moyennes de q ont été obtenues pour le séisme dit lointain faisant partie des séismes les plus nocifs parmi 40 séismes représentatifs des zones d’aléa moyen et fort en France.

De nouveaux questionnements sont apparus au cours de ces trois ans de projet ouvrant ainsi de nouvelles perspectives notamment :

Influence des ouvertures sur le comportement dynamique des éléments de MOB
Les méthodes de dimensionnement n’intègrent pas les MOB contenant ces ouvertures. Leur intégration nous semble intéressante aussi bien des points de vue mécanique qu’économique
Application de la méthode à d’autres cas réels
notamment pour des structures à plusieurs degrés de liberté
Point de vue expérimental
des essais sur des éléments de MOB présentant des ouvertures à l’échelle 1 et des essais sur des structures multi-étagées (même à l’échelle réduite tenant compte des caractéristiques de la table vibrante) seraient à envisager
L'endommagement d’une structure
fait "glisser" la période propre durant l’action d’un séisme. Les méthodes capacitives intégrant des courbes de poussée progressive adaptatives (le chargement devenant évolutif) pourraient reproduire ce phénomène. La mise au point d’une méthodologie simplifiée tenant compte de ce pont semble une voie intéressante
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Partenaires sur ce projet :
le laboratoire I2M de l’Université de Bordeaux I et l’Institut Technologique FCBA

Financeurs :
Conseil Régional d’Aquitaine, ANRT, CODIFAB