Combinaisons de charge des structures bois selon les normes européennes et américaines

Article technique

Si les charges doivent être déterminées, la combinatoire des charges présente également des particularités qui doivent être prises en compte pour la vérification des structures bois. Dans les structures acier, les actions les plus défavorables sont causées par les charges les plus importantes. Mais dans les constructions bois, les valeurs de résistance dépendent de la durée de chargement et du taux d’humidité du bois. Certaines caractéristiques doivent également être considérées pour la vérification à l'état limite de service. Cet article traite de leurs effets sur le calcul des éléments en bois et comment ceux-ci peuvent être pris en compte dans RSTAB et RFEM.

Calcul à l'état limite ultime pour les structures bois

Comme mentionné au début de cet article, les contraintes les plus élevées dans les éléments proviennent généralement de la charge la plus élevée. Dans la plupart des normes européennes et américaines, la résistance du bois dépend cependant de la durée du chargement et du taux d’humidité du bois. Une combinaison de charge peut ainsi être déterminante, même si elle ne présente pas le chargement le plus élevé. Il est donc important de trouver la combinaison de charge déterminante. La Figure 01 illustre ce point.

Figure 01 - Influence de la durée de chargement sur la valeur de calcul de la résistance

Ed = valeur de calcul du chargement
Rd = valeur de calcul de la résistance
t = durée de chargement
g = charge permanente
s = charge de neige
w = charge de vent

Cas 1 :
Combinaison de charge déterminante = g + s + w
Explication : le chargement résultant de g + s + w est le plus proche de la courbe Rd.

Cas 2 :
Combinaison de charge déterminante = g
Explication : le chargement résultant de g est le plus proche de la courbe Rd.

Cas 3 :
Combinaison de charge déterminante = g + s
Explication : le chargement résultant de g + s est le plus proche de la courbe Rd.

Cas 4 :
Combinaison de charge déterminante = g + s
Explication : le chargement résultant de g + s dépasse la courbe Rd → Ed > Rd.

L'influence de la durée de chargement est considérée dans l'Eurocode 5 [1] par le facteur de modification kmod. Dans la NDS [2], cette situation est prise en compte avec le facteur CD (ASD) et le facteur λ (LRFD). La norme suisse SIA [3] simplifie l'influence de la durée de chargement sur la résistance avec le facteur ηM, qui est alors la même quelle que soit l'action. La Figure 01 n'est donc pas valide dans ce cas.

Vérification à l'état limite de service des structures bois

Lorsque nous effectuons une vérification à l'état limite de service, les plus grandes déformations sont obtenues lorsque tous les facteurs de déformation des actions les plus défavorables sont considérés. Selon [1] avec les Annexes allemandes et autrichiennes, les déformations suivantes doivent être vérifiées :

  • la déformation initiale winst,
    à partir de la combinaison caractéristique
  • la déformation finale wfin,
    à partir de la déformation initiale caractéristique et avec la considération du fluage pour la combinaison quasi-permanente
  • la déformation finale wfin,net,
    à partir de la déformation initiale de la combinaison quasi-permanente et avec la considération du fluage pour la combinaison quasi-permanente. Elle est également calculée à l'aide de la déformation initiale caractéristique dans d'autres pays, mais ce critère est considéré comme trop « strict » selon les Annexes allemandes et autrichiennes.

Dans [2], les cas de charge qui doivent être utilisés afin de déterminer les combinaisons de charge pour l'état limite de service ne sont pas détaillés. Les règles des normes de construction communément employées sont alors appliquées. L'IBC (International Building Code) [4] peut alors servir à déterminer la combinaison de charge déterminante (voir le Chapitre 1604.3). Seule la prise en compte du fluage est expliquée dans [2]. Contrairement aux autres normes européennes, l'IBC considère les actions séparément en ce qui concerne les déformations. Les valeurs limites des déformations résultent uniquement de charges imposées, de la neige ou du vent et de la somme du poids propre et de la charge imposée dans le cas du fluage.

Les états limites suivants font partie des paramètres à analyser selon la référence [3] :

  • cas de charge rare,
    composé de la déformation initiale caractéristique et avec la considération du fluage pour la combinaison quasi-permanente
  • cas de charge fréquent,
    composé de la déformation initiale fréquente et avec la considération du fluage pour la combinaison quasi-permanente
  • cas de charge quasi-permanent,
    composé de la déformation initiale quasi-permanente et avec la considération du fluage pour la combinaison quasi-permanente

Considérer la durée de chargement, le taux d'humidité du bois et le fluage dans RFEM et RSTAB

RFEM et RSTAB intègrent différentes normes pour la classification des cas de charge et des combinaisons, permettant ainsi de prendre en compte la durée de chargement, le taux d'humidité du bois et le fluage. La référence « bois » est ajoutée à la norme choisie.

Figure 02 - Paramètres propres aux constructions bois dans les Données de base

Dans les propriétés de la norme, il est possible de définir les paramètres spécifiques, tels que le coefficient de fluage. Les paramètres nécessaires à la génération des combinaisons de charge sont ainsi définis.

Figure 03 - Sélection du coefficient de fluage

La durée de chargement adéquate est définie lors de la création du cas de charge afin de considérer l'influence de la durée de chargement lors du calcul.

Figure 04 - Assignation des durées de chargement aux cas de charge

Cette durée est automatiquement appliquée dans les modules de calcul (RF-/TIMBER Pro, RF-/TIMBER AWC, RF-LAMINATE, etc.) et appliquée aux combinaisons de charge individuelles.

Figure 05 - Assignation des durées de chargement aux combinaisons de charge individuelles

Le calcul à l'état limite ultime de chaque combinaison de charge est ainsi toujours effectué avec la durée de chargement la plus courte des cas de charge contenus.

Quant à l'état limite de service, les valeurs limites de la situation de projet associée sont assignées dans les données de base du module additionnel correspondant. Si les combinaisons sont générées manuellement, sans avoir recours aux combinaisons de charge automatiques, l'assignation doit également être effectuée manuellement.

Figure 06 - Assignation de la situation de projet pour les vérifications de l'état limite de service

Les valeurs limites peuvent être modifiées dans les paramètres de la norme ou dans les paramètres de l'Annexe nationale de la situation de projet associée.

Figure 07 - Valeurs limites de l'analyse des déformations

Mots-Clés

fluage, durée de chargement, kmod, facteur de modification

Littérature

[1]   Eurocode 5: Conception et calcul des structures en bois - Partie 1-1: Généralités - règles communes et règles pour les bâtiments; Version allemande EN 1995-1-1:2004 + AC:2006 + A1:2008. Beuth Verlag GmbH, Berlin, 2008.
[2]   National Design Specification (NDS) for Wood Construction 2018 Edition
[3]   SIA 265:2012: Holzbau. Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein, Zürich, 2012.
[4]   2018 International Building Code (IBC)

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