- Mémoire de Fin d'Etudes - Jennifer REIN

La construction mixte en bois et en béton Mémoire d’Architecture Jennifer REIN

// A n n é e 2 0 1 2 - 2 0 1 3

Ecole Nationale Supérieure d’Architecture de Nancy

La construction mixte en bois et en béton Mémoire

d’Architecture

Jennifer REIN Ecrit sous la direction de M. Jean-Claude BIGNON et de M. Franck BESANCON Année de Master 2 double cursus 2012/2013 spécialité « Architecture, Bois, Construction »

Ecole Nationale Supérieure d’Architecture de Nancy (ENSAN) Ecole Nationale Supérieure des Technologies et Industries du bois (ENSTIB)

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Remerciements A tous les acteurs de ce mémoire

Ce mémoire de fin d’étude n’aurait pu être réalisé sans l’aide des nombreuses personnes qui m’ont encadrée, conseillée et soutenue tout au long de ces derniers mois. Je tiens tout d’abord à remercier M. Jean-Claude BIGNON et M. Franck BESANCON, les enseignants encadrant de ce mémoire dans le cadre du parcours "Architecture, Bois, Construction" pour leur temps, leur expérience et leur générosité.

Egalement Mlle AÏlis MAOT, ingénieure structure bois/béton ainsi que tout son bureau d’étude « BWG structure » à Sosheim pour m’avoir reçu et fait partager leur savoir et leur expérience.

Mais également M. François LAUSECKER pour toutes ses démarches qui ont enrichi ce travail, le bureau d’étude CREE en Autriche, M. Abdel KHELIL au pôle recherche de l’université de Nancy, ainsi que tous les architectes, bureaux d’études, maîtres d’oeuvre, maîtres d’ouvrage et professionnels du bâtiment dont les pratiques et les avancées dans ce domaine m’ont aidé à mener à bien ce mémoire.

Je tiens enfin à remercier mon entourage, famille, amis, dont le soutien et l’aide m’ont été indispensables ces derniers mois.

A vous tous, Merci.

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Sommaire Remerciements Introduction Historique et définition de la construction mixte

La construction mixte en général

La construction mixte bois/béton

5 9 11 11 13

Caractéristiques techniques et emploi des matériaux

Le Béton

Le Bois

Les apports de la mixité

15 15 17 19

Réglementations mises en place Thermiques Acoustiques

Avis techniques et normalisation

21 21 23 25

Différents systèmes de structures mixtes bois/béton :

Grille des différents systèmes

Analyses comparatives et exemples

Tableau comparatif des différentes structures

27 27 29 39

Planchers mixtes bois/béton

Présentation, intérêts et technique

Deux systèmes principaux

Le plancher à solivage

Le plancher à prédalle

Cas d’application

Collège de Veauche

41 41 45 45 47 49 49

Cas de mise en oeuvre et avancées techniques

Grande échelle (immeubles R+8...)

Ouvrage d’art (stade de recherche)

53 53 57

Retour d’expérience et rapport au long terme, les limites de cette mixité

59

Conclusion

61

Bibliographie

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Annexe

65

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Introduction La construction mixte bois/béton pour problématique

Le but premier de ce mémoire est, d’un point de vue architectural, technique et historique, d’analyser la construction mixte bois/béton.

Le bois en construction est décuplé dans ses performances techniques et mécaniques lors de son association à un second matériau. De fait, nous connaissons le bois associé à l’acier, le bois et le verre (menuiserie), et les performances techniques que ces associations permettent d’atteindre. Mais le recours au mariage bois/béton reste souvent négligé ou peu connu. La construction bois a souvent été opposée à la construction en béton, de part son avancée dans le domaine de l’éco-construction et des arguments de construction durable. Ce mémoire se veut ici un révélateur des performances et des avancées techniques que permettent d’atteindre les structures mixtes bois/béton.

En effet, comment ses deux matériaux que l’on a souvent opposé en construction travaillent-ils ensemble dans le domaine de la construction mixte? Quelles performances permettent-ils ? Dans quel domaine peut-on les coupler et où se trouvent les limites de cette associations ? Telles sont par exemple les questions auxquelles ce mémoire apporte une réponse à travers une analyse historique et technique de la construction mixte bois/ béton, ainsi que par un travail de référencement des différents types de structure mixte bois béton et leur analyse.

Fig. 1 : Collège de Veauche, structure et planchers mixte bois/béton

Fig. 1 : http://www.loire.fr, site du conseil régional de la Loire, Rhône-Alpes

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Historique et définition de la construction mixte La construction mixte en général Définition de la construction mixte

« Un élément structural de construction est défini comme mixte s’il associe les deux matériaux de manière à tirer le meilleur parti de cette association. L’idée de base est similaire à celle exploitée en béton armé. Toutefois, en construction mixte, la solidarisation entre les composants de la section constituée de deux matériaux différents n’est très généralement pas obtenue par adhérence (cas du béton armé) mais au moyen d’organes de liaison, appelés connecteurs. C’est cette connexion, troisième composant de la construction mixte, qui assure l‘action composite d’une section faite de deux matériaux. Le rôle majeur de la connexion est d’empêcher, ou à tout le moins limiter, le glissement tendant à se produire à l’interface entre les deux matériaux sous l’effet des actions extérieures et de transmettre les efforts entre la partie acier et la partie béton de la section mixte. En d’autres termes, une section mixte tend à se comporter comme une section monolithe. » M. Maquoi (Université de Liège)*

Atouts et enjeux

Suite à cette définition de ce qu’est la construction mixte, nous pouvons donc en déduire et résumer les principaux avantages :

- Une réduction du poids de la structure

- Une meilleure performance technique (tirer parti des performances de

chacun des matériaux)

- Une augmentation de la résistance au feu

- De meilleures performances acoustiques

- Une réduction de la hauteur des planchers

- Une réduction de la durée de construction

Bien évidemment, la construction mixte a déjà fait ses preuves qu’il s’agisse du béton et de l’acier dans les principes de béton armé que l’on connaît si bien, qui est donc dans ce cas une structure mixte par adhérence, où encore par l’assemblage structurel de dalle armée en béton et de système poteau/poutre en acier.

* Article «La construction mixte dans la bâtiment», paru le 11-12-07, source «http://www.ponts-formation-edition.fr/»

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Rappel historique et réglementations

En France, il n’existe pas de règles spécifiques applicables à la construction mixte dans le bâtiment. C’est donc vers la normalisation européenne et les Eurocodes qu’il convient de se tourner pour trouver un ensemble cohérent et moderne de principes et règles d’application pour le calcul des éléments et structures mixtes de bâtiments (poutres, poteaux, dalles, assemblages, ossatures...). En fait, la prise de conscience de la nécessité d’une collaboration européenne dans le domaine concerné s’est manifestée, dès 1971, par la mise en place d’une Commission Européenne qui s’est intéressée à cette démarche, d’où les avancées dans ce domaine ; La création du marché unique pour les produits de construction nécessitait des normes européennes pour les produits, mais aussi pour la conception des ouvrages.

Dans les années 1980, la Commission a fait produire de premiers documents n’ayant pas encore un véritables statut de normes, dits “Eurocodes”. La rédaction des Eurocodes est alors confiée au Comité européen de Normalisation (CEN) pour donner à ces documents le statut de norme européenne à part entière.

Ainsi on retrouve l’Eurocode 2: Calcul des structures en béton (EN* 1992) l’Eurocode 3: Calcul des structures en acier (EN 1993) et l’Eurocode 4 : Calcul des structures mixtes acier/béton (EN 1994) suite à l’intérêt et à l’importance que prenait la construction mixte acier/béton par exemple.

Fig. 2 : Prédalle en béton armé

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Fig. 3 : Exemple de structure mixte acier/béton en ouvrage d’art

* EN : Normes au stade définitif, en opposition à ENV (Eurocodes publiés sous statut de normes expérimentales)

La construction mixte bois/béton

Ce système constructif comprend une structure auto-stable de type poteaux béton/dalle béton associées à une enveloppe “manteau” en panneaux à ossature bois.

Les éléments du mur manteau bois sont préfabriqués en atelier, comme des murs d’ossature bois traditionnels. Ils sont posé en nez de dalle sur la structure en béton. Le mur bois a en charge l’isolation thermique, acoustique (vis-à-vis de l’extérieur) et l’étanchéité à l’eau et à l’air. C’est également le lien qui supportera le parement extérieur du bâtiment.

La conception d’ouvrage en structure mixte bois béton ne date pas d’hier. Très vite, l’essor de ce type de construction va permettre de mettre en avant les propriétés de ces deux matériaux qui une fois combiné, suscite l’engouement de bon nombre de maître d’ouvrage. En effet, pour répondre aux problématiques actuelles de développement durable et de construction éco-responsable, la solution du bois est aujourd’hui largement employée. Cependant, face à des normes incendie et à des réglementations de plus en plus exigeantes, l’emploi du seul matériau bois est aujourd’hui encore compliqué. C’est ici que la solution de la conception mixte des édifices en structure mixte bois/béton entre en jeu.

Historique du bois/béton

C’est au lendemain de la première guerre mondiale que vont commencer les premiers essais et les premières expérimentations de structure mixte bois-béton. Durant cette période d’entre deux guerres, le monde entre en pénurie de métal et d’acier, jusqu’alors nécessaire dans le conception de toutes les structures en béton (utilisation dans l’armature du béton), c’est ainsi que le bois va être de plus en plus utilisé et expérimenté dans les ouvrages, en remplacement de l’acier.

Dès 1922, un brevet est déposé avec la description d’un système de connexion par des clous positionnés entre une dalle de béton et des éléments de solivage en bois. La volonté de reconnaissance de ce système est en marche. Les premières constructions apparaissent alors dans les années 40. Les premiers essais, les premiers problèmes et limites du système apparaissent. La destruction de la structure apparait par ruine du béton au cisaillement ou du bois en traction mais pas par ruine de la résine époxy utilisée alors. Commencent également à se soulever les problèmes du système sur le long terme, l’humidité du bois et les impacts accidentels.

Depuis, les systèmes mixtes ont fait l’objet d’études, de thèses et de nombreux essais.

On parle de 10000m2 de planchers bois, rénovés à l’aide de cette technique en République socialiste tchécoslovaque dès les années 60, mais également de ponts mixtes construits en Nouvelle Zélande et aux Etats Unis à partir des années 70. Cependant, contrairement aux structures mixtes acier/béton, il n’existe encore aucun Eurocode spécifique aux structures mixte bois/béton. Il faut pour cela se référencer à l’Eurocode 5 : Conception et calcul des structures en bois (EN 1995).

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Béton banché bois

Caractéristiques techniques et emploi des matériaux Le béton Définition et descriptif

Le béton est un matériau de construction composite homogène, constitué de granulats (sable, gravillons...) agglomérés par un liant (ciment) qui durcit en présence d’eau. A ces composants s’ajoutent des adjuvants qui améliorent sensiblement les performances du matériau (plastifiants, accélérateurs et retardateurs de prise, entraineurs d’air, hydrofuges de masses...).

Les progrès techniques accomplis au cours des dernières années ont abouti à une grande diversification des bétons. Diversité qui permet aujourd’hui de disposer du béton le mieux adapté à chaque condition de chantier, catégorie d’ouvrage ou produit. Les bétons courants restent cependant les plus utilisés. Ils présentent une masse volumique de 2003 kg/m3 environ. Ils peuvent être armés ou non, et lorsqu’ils sont très sollicités en flexion, précontraints. C’est le deuxième matériau minéral le plus utilisé mondialement par la société, après l’eau potable : 1 m3 par an et par habitant1.

Propriétés mécaniques

La résistance du béton aux efforts de compression et de traction varie en fonction de la nature du ciment employé, de son dosage, des granulats et de la quantité d’eau ainsi que du soin apporté à la mise en oeuvre et des contrôles auxquels il est soumis. Malgré cette diversité, il reste clair que le béton présente des résistances à la compression élevées et des résistances faibles en traction (en pratique, elles sont négligées). C’est pourquoi il est généralement associé à des armatures en acier dans les zones tendues.

Propriétés physiques

Conductivité thermique : Avec une valeur moyenne de conductivité thermique de 1,75 W·m−1·K−1,

à mi-chemin entre les matériaux métalliques et le bois, son aptitude à trans-

mettre la chaleur est faible.

Propriétés acoustiques : Le béton offre une solution efficace à la protection contre le bruit.

Valeurs d’isolement :

- Blocs pleins et creux enduits sur les 2 faces (20cm) ou béton plein : 59db(A)

au bruit rose, 54db(A) au bruit route,

- Murs en béton plein 16cm : 57db(A) au bruit rose, 53db(A) au bruit route.

Comportement au feu :

En cas de hausse de température, on observe un affaiblissement des résis-

tances à la compression et à la traction du béton. A 600°C le béton perd 45

% de sa résistance en compression et 100% de sa résistance en traction. A

200°C, son module d’élasticité est, quant à lui, divisé par 2.

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Bois coupé séchant

Le bois Définition et descriptif

Le bois est un matériau naturel. Il constitue la plus grande partie du tronc des plantes ligneuses. Il joue un double rôle comme conducteur de la sève brute et tissu de soutien qui donne leur résistance aux tiges. Il sert aussi parfois de tissu de réserve. C’est un des matériaux les plus appréciés pour ses propriétés mécaniques, pour son pouvoir calorifique et comme matière première pour de multiples branches industrielles. Il a de nombreux usages dans le bâtiment et l’industrie (industries papetières, industries chimiques, ...), et en tant que combustible.

Propriétés mécaniques

Le bois présente des performances différentes selon la direction (parallèle ou perpendiculaire aux fibres). Elles sont similaires au béton en flexion, compression axiale et cisaillement, supérieures au béton en traction axiale, et inférieures au béton en traction et compression perpendiculaire.

Propriétés physiques

Conductivité thermique : Le bois, matériau cellulosique est un faible conducteur thermique étant donné qu’il dispose de très peu d’éléments libres et qu’il est très poreux. Cependant, la conductivité thermique est plus élevée selon l’axe longitudinal étant donné la continuité de matière et plus faible sur les axes transversaux étant donné la porosité. Enfin, elle est proportionnelle à la densité du bois et à son taux hygroscopique.

Ex : Pour le chêne : 0,21 W/mK Pour le hêtre : 0,17 W/mK Pour le sapin : parallèle/fibres, 0,24 W/mK et perpendiculaire : 0,15 W/mK

Propriétés acoustiques : Le bois étant lui-même un matériau de base pour de nombreux produits d’insonorisation, les constructions en bois ont en général un bon comportement

acoustique.

Ex : Pour 10 mm : Isolement 18dB Pour 30 mm : Isolement 25dB

Comportement au feu : La dilatation thermique ne joue aucun rôle dans le comportement du bois au feu. La résistance au feu correspond au temps pendant lequel le bois peut jouer son rôle de structure. Le dimensionnement se fait par le calcul de la section résiduelle qui est fonction de la vitesse de combustion du matériau.

Ce calcul est simplifié du fait de la linéarité entre la profondeur de bois carbonisée et le temps d’exposition au feu.

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Détail d’assemblage d’un mobilier bois/béton

Les apports de la mixité

En neuf comme en rénovation, la mixité bois et béton est en plein essor, répondant de manière fiable et économique aux exigences de la RT 2012 pour les marchés de tertiaire et de logements collectifs.

Les arguments en faveur de la mixité bois et béton :

Améliorer le confort d’été : L’inertie du béton entraîne un décalage dans le transfert de chaleur, un bâtiment en béton mettra donc plus de temps à se réchauffer ou à se refroidir.

L’isolation thermique apportée par une façade bois bien isolée permettra non seulement de garder la chaleur en hiver, mais également de maintenir la fraîcheur en été. Le béton jouera alors un rôle de régulateur thermique et non plus d’accumulateur.

Gain de surface habitable : L’utilisation de murs à ossature dans une construction mixte permet de gagner entre 10 et 15 cm d’épaisseur par rapport à un mur en béton classique.

L’isolation étant intégrée directement dans l’ossature, le gain en terme de surface habitable n’est donc pas à négliger.

Diminuer le temps de chantier : La technique des murs rideaux bois permet de mettre très rapidement hors d’eau le chantier et de gagner du temps sur l’ensemble du chantier. Les murs étant préfabriqués, il est possible d’y intégrer directement l’isolation ainsi que les menuiseries extérieures. Le gain de temps peut donc se révéler très important et permettre des économies sur la main d’œuvre.

Diminuer le nombre d’intervenants : Dans le cas des planchers mixtes bois/béton par exemple, le béton peut être couler par le maçon, mais également par le charpentier. Chacun peut en effet agir sur la mise en oeuvre de ce type de plancher, ce qui diminue le nombre d’intervenants et d’interfaces dans le bâtiment.

Offrir une meilleure réponse prix-qualité : Des études* montrent que pour une performance thermique égale, la solution mixte bois/béton génère un coût au m2 de mur similaire au béton, voir en faveur de la solution bois dans certains cas.

* Etudes menées dans le cadre du guide «Logements collectifs : solutions constructives Bois&Béton» du CNDB

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Fig 4 : Découpage zones géographiques et éxigences de consommation maximale (Cmax) en kWh/m2/an

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Fig 5 : Principales nouvelles éxigences de la RT 2012 Fig. 4 et 5 : http://professionnels.bois.com concernant les nouveautés apparaissant avec la RT 2012

Réglementations mises en place Thermique La RT 2012 et les labels existants

L’efficacité énergétique est plus que jamais au cœur des enjeux écologiques et économiques de demain. La réglementation thermique 2012 (cf Fig. 5) impose en effet pour les bâtiments neufs d’habitation, une consommation d’énergie primaire inférieure ou égale à 50 kWh/m2/an, modulée selon la zone climatique et l’altitude (cf Fig. 4). Pour réussir ce challenge, une conception bioclimatique s’impose. De plus, de nombreux labels* ont vu le jour suite à la RT 2005 afin d’encourager à toujours d’avantages de performances énergétiques.

L’application au système mixte bois/béton

Dans le domaine de la construction, l’association du bois et du béton se révèle très performante. Dans le cas d’une ossature primaire en béton et d’une enveloppe en bois, la structure principale d’un bâtiment (dalles, planchers, escaliers…) sera réalisée en béton et l’enveloppe thermique pour le fermer (les murs) sera réalisée en ossature bois. Le béton cellulaire permet une isolation répartie puisqu’il permet de construire à l’aide d’un matériau à la fois porteur et isolant. A condition d’utiliser des blocs de béton de bonne épaisseur (entre 36,5 et 50 cm de largeur), il n’est plus nécessaire d’ajouter un isolant rapporté. L’ossature bois, quant à elle, permet de réaliser des parois minces et solides dans la mesure où l’isolant est inséré dans la structure entre les montants. Le bois lui-même étant très faiblement conducteur, les ponts thermiques sont facilement évités.

Dans le cas d’une construction 100% béton, une ou plusieurs couches d’isolants sont nécessaires, ce qui réduit d’autant la surface habitable finale du bâtiment. Dans une construction mixte bois et béton, les murs à ossature bois sont creux et une partie de l’isolant est intégrée directement dans la partie structurelle du mur. L’épaisseur du mur diminue ainsi de 10 à 15 cm en comparaison à une construction en béton isolée soit un gain de surface intérieure de 3 à 5 %.

Pour ce qui donc de la RT 2012, le système constructif mixte bois/béton permet des solutions très performantes tout en conservant des épaisseurs de parois faibles et cependant efficaces. Les retours d’expériences analysés à travers les exemples nous permettront de vérifier ce système constructif et son isolation thermique. * HPE (haute performance énergétique) 2005, consommation maximale réduite de 10 % HPE EnR (énergie renouvelable) 2005, consommation maximale réduite de 10 % avec utilisation d’énergie renouvelable THPE (très haute performance énergétique) 2005, consommation maximale réduite de 20 % THPE EnR 2005, consommation maximale réduite de 30 %, avec utilisation d’énergie renouvelable BBC (bâtiment de basse consommation) 2005, consommation maximale à 50 kWhep/m2/an (à peu près 50 %) En 2009, sont apparus deux nouveaux labels applicables à la rénovation.

HPE rénovation 2009, consommation maximale à 150 kWhep/m2/an BBC rénovation 2009, consommation maximale à 80 kWhep/m2/an Les consommations maximales sont corrigées par un coefficient de rigueur climatique tenant compte de la zone géographique et de l’altitude. La surface est exprimée en mètres carrés SHON.

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Fig 6 : Transmission du bruit directe

indirecte ou latérale

parasite

Fig. 7 : Exigences définies au 1er janvier 2000

Isolement minimum aux bruits extérieurs :

Isolement aux bruits aériens intérieurs :

Niveau de bruit de choc reçu :

Correction acoustique :

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D > 30dB D > 53, 55 ou 58 dB L’ < 58 dB aire d’absorption équivalente : A > 1/4 S sol

Fig. 6, 7 et 8 : http://www.toutsurlisolation.com, rubrique réglementation acoustique du bâtiment

Acoustique Les labels acoustiques et la réglementation

La réglementation acoustique stipule une certaine isolation acoustique des façades par rapport à l’environnement du bâtiment étudié (cf Fig. 6), et l’environnement sonore est défini par décret du préfet.

Fig 8 : Catégories selon le type d’environnement sonore

On retrouve également certaines exigences en terme d’acoustique à l’intérieur même des bâtiments (cf Fig. 5), exigences minimales à respecter dans le cadre de programme neufs. Afin d’inciter les constructeurs à prendre mieux en considération l’intérêt de l’isolation acoustique des bâtiments, l’arrêté modifié du 10 février 1972 a créé un label règlementaire : «Confort acoustique». Pour l’obtenir, le bâtiment doit posséder des caractéristiques acoustiques supérieures aux exigences règlementaires, notamment dans le domaine des bruits d’impacts et des bruits d’équipements collectifs.

Ce label règlementaire a été relayé en 1991 par la certification «Qualitel Confort Acoustique», qui représente les exigences acoustiques les plus élevées dans l’habitat aujourd’hui. Label certifié par CERQUAL* (Qualitel et H&E).

L’application au système mixte bois/béton

Le béton étant un matériau dit «vibratoire» (c’est à dire qu’il transmet les phénomènes de vibrations à travers sa paroi), il reste tout de même un bon isolant acoustique aux bruits aériens (transmission directe, cf Fig. 4) de part sa massivité. Cependant, en le couplant au bois, on supprime ce phénomène de transmission de vibrations, ainsi, les deux matériaux fonctionnent en tandem, l’un apportant son isolation acoustique, l’autre limitant les phénomènes acoustiques résiduels. Nous étudierons dans les exemples à venir l’efficacité acoustique réelle du système. * CERQUAL : organisme certificateur de l’Association QUALITEL gère les activités de certification pour le logement neuf, collectif et individuel groupé (lotissement), ancien (de plus de 10 ans) collectif et individuel groupé (lotissement).

CERQUAL délivre la Certification Qualitel, Habitat & Environnement, NF Logement, NF Logement démarche HQE (Haute Qualité Environnementale), Patrimoine Habitat, Patrimoine Habitat & Environnement, Patrimoine Copropriété, Patrimoine Copropriété & Environnement et propose le Bilan Patrimoine Habitat, étape préalable avant de délivrer les certifications.

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Avis techniques et normalisation Des qualités mécaniques essentielles mais encore non normalisées

Les qualités mécaniques du bois et du béton sont nombreuses. Pour la réalisation de planchers, le béton travaille bien en compression et le bois en traction. Ils présentent tous deux une résistance réelle face au feu. Enfin, le bois possède la solidité et la légèreté, là où le béton impose sa robustesse.

Ces propriétés complémentaires sont suffisamment proches pour permettre une construction efficace, au fil du temps. Cependant, la conception mixte en bois et en béton ne peut se faire sans la mise en place et l’observation de règles appropriées. A ce jour, cette technique ne fait pas l’objet d’une normalisation et l’inexistence de DTU* laisse désorienté les architectes, bureaux d’étude et bureaux de contrôle. Cette absence de recommandations conduit parfois à des résultats non conformes aux attentes, voire des contre-références. Ce sont les Avis techniques des différents fournisseurs qui prévalent.

Répondre au décret d’incorporation minimale de bois

Le nouveau décret n° 2010-273 relatif à l’utilisation du bois, publié le 17 mars 2010 fixe les volumes minimaux de bois à incorporer dans les bâtiments. Les immeubles collectifs sont également concernés par ce décret.

Extrait du texte du décret n° 2010-273 : Pour les bâtiments dont la demande d’autorisation de construire ou la déclaration préalable est déposée à partir du 1er décembre 2011, cette quantité de bois ne peut être inférieure à :

- a. 35 décimètres cubes par mètre carré de surface hors oeuvre pour un immeuble

à usage d’habitation ne comportant pas plus de deux logements destinés au

même maître d’ouvrage ; toutefois, les bâtiments dont la charpente de toiture

est réalisée en majorité dans des matériaux autres que le bois, ou n’ayant pas

de charpente de toiture, relève du c ;

- b. 5 décimètres cubes par mètre carré de surface hors oeuvre pour un bâtiment à

usage industriel, de stockage ou de service de transport.

- c. 10 décimètres cubes par mètre carré de surface hors oeuvre pour tout autre

bâtiment.

Les DTU existants et avis techniques

DTU : Aucun DTU existant pour les structures mixtes bois/béton.

Avis techniques : Selon les fournisseurs (Lignadal, SBB... cf Annexe)

*DTU : Documents techniques unifiés * NF : Norme française

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Différents systèmes de structures mixtes bois/béton Grille des différents systèmes

Différents systèmes mixtes bois/béton

1

Structure bois verticale et horizontale avec chape béton rapportée

2

Structure bois verticale et horizontale, béton connecté (solution des planchers mixtes)

3

Structure béton autostable, dalle béton et panneau ossature bois entre dalle

4

Structure béton autostable, dalle béton et panneau ossature bois en rideau

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Différentes solutions d’intégration des murs ossature bois en façade

Fig 9 : Différentes solutions entre le mur en demi-rideau, le mur entre dalle et le mur rideau.

Le béton apporte de l’inertie à la structure. De nombreuses variantes existent, qu’il s’agisse comme ci-dessus des différentes solutions possibles entre le mur ossature bois posé en façade rideau ou demi-rideau, ou encore de la proportion du système porteur béton ou bois dans la construction. Afin d’évaluer globalement l’ensemble de ces solutions, un exemple sera étudié pour chaque solution proposée.

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Mur ossature bois en rideau, contre isolation intérieure

Mur ossature bois en rideau

Mur ossature bois en rideau, traitement des nez de planchers en 2ème étape

Mur ossature bois entre dalles, nu décalé

Mur ossature bois entre dalles, nu décalé vers l’extérieur

Mur ossature bois entre dalles, au même nu que la dalle

Fig 10 : Différentes solutions pour les murs ossature bois sur une structure béton

Fig. 9 et 10 : Source ; conférence du 14 octobre 2010 sur la RT 2012 et la solution mixte bois/béton, Jean-Marc Pauget (CNDB)

Analyses comparatives et exemples

Les différents exemples étudiés

Mur ossature bois entre dalle béton, OSB intérieur :

Logements «Le miroir de Vénus», à St-Martin-d’Hères (38)

Mur ossature bois en rideau, contre-isolation intérieure :

Logements «Le Cheylas» (38)

Mur en applique, contre isolation intérieure :

Bureaux «Le Marbotte», à Dijon (21)

Mur en applique, contre isolation extérieure et contre isolation intérieure :

Réhabilitation «La Fauconnière», à Gonesse (95)

Ces différents exemples vont nous permettre de mettre en avant quelles sont les bonnes attitudes à adopter dans la conception de bâtiments en structure mixte bois/béton. Pour chacun de ces exemples, un court tableau récapitulatif permettra de résumer les performances du bâtiments. Enfin, un grand tableau récapitulatif permettra de souligner les solutions à envisager pour l’avenir.

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Fig 11 : Vue finale de l’opération

Analyse technique

Techniquement parlant, l’option a été ici d’insérer les panneaux des murs à ossature bois entre les différents nez de dalle béton. Ces derniers sont en débords de la structure.

Une isolation supplémentaire est prévue dans la dalle béton entre deux niveaux distincts.

Des panneaux OSB intérieurs font office de frein-vapeur et d’étanchéité à l’air.- Cependant, pour des raisons évidentes de continuité structurelle du nez de dalle, l’isolation est ici ponctuelle, créant des ponts thermiques. Ces derniers ne peuvent être évités, révélant ainsi quelques faiblesses dans cette mise en oeuvre.

Fig 12 : Coupe détail entre la dalle et les MOB

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Fig 13 : Points spécifiques relevés sur chantier

Fig 12 et 13 ; source : «Logements collectifs, solutions constructives bois et béton», édité par le CNDB, février 2011

MUR OSSATURE BOIS ENTRE DALLES BETON, BETON, OSB OSBINTERIEUR INTERIEUR Maître d’ouvrage : ACTIS - OPH Grenoble Architecte : Amplitude (38) et Common

architecte (Freiburg) Entreprise bois : MDF (38) Programme : 28 logements et commerces Année réception : 2010 Niveau énergétique : QEB THPE Classement feu : 3e famille B soumise

prescription 3e famille A Coût construction HT : 2 931 558 € (hors

VRD, honoraires) SHAB : 2 267 m²

Logements «Le miroir de Vénus», à St-Martin-d’Hères (38)

Analyse architecturale

«Une architecture environnementale va se distinguer par ses formes et ses matériaux, mais il appartient aux architectes de veiller à ce qu’elle reste dans la ligne de la solidarité sociale. Le Miroir de Vénus est un jeu plastique oscillant entre des formes molles et des formes rigides ou rectilignes. Les balcons, par leur continuité visuelle, permettent d’assurer pour le piéton une relation entre l’Ouest et l’Est le long de la façade Sud. Le corps du bâtiment est organique grâce à une composition de courbes souples et aléatoires. Cette masse aux formes libres en lames de bois verticales percée de fenêtres, entourée de coursives filantes est une vision du logement collectif environnemental et durable qui associe le rationnelle et l’organique.

Le bâtiment s’inscrit comme un pôle spécifique, un repère volontaire dans la ville et marque l’entrée de la ZAC. La façade dialogue comme une « vague » d’amorce entre le parvis au Sud et la ZAC au Nord.

Il propose au quartier une réponse solidaire de qualité.»

Fig 14 : Plan de masse de l’opération

Fig 15 : Plans du RDC et du R+1

Tableau comparatif Isolement acoustique entre niveaux

O

Satisfaisant mais pas au droit des balcons

Ponts thermiques planchers/refends

O

Difficile au niveau des raccords entre bois et béton

Etanchéité à l’air

O

Difficile entre béton et OSB par bandes adhésives

Gestion du point de rosée

O

Satisfaisant mais non conforme annexe 3 DTU 31.2 (NF P 21-204-1)

Passage du feu par l’enveloppe

O

Conforme arrêté du 31 janvier 1986

Mise en oeuvre de la solution

O

Difficultés sur chantier suite à béton aux côtés aléatoires

Fig 14 et15 ; Documents fournis par le cabinet d’architectes

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Fig 16 : Vue finale de l’opération

Analyse technique

La solution technique mise en oeuvre dans ce projet est celle de murs à ossature bois posés en rideau contre les nez de dalle. Une isolation intérieure est ensuite mise en place afin de conforter thermiquement le bâtiment. On retrouve tout de même une petite faiblesse thermique au niveau du nez de dalle qui ne peut pas être isolé par l’intérieur. Ainsi, la solution est relativement efficace selon les résultats par la suite observés, mais possède encore une marge de progression quant à cette faiblesse relevée.

Fig 17 : Coupe détail entre la dalle et les MOB

32

Fig 18 : Points spécifiques relevés sur chantier

Fig 17 et 18 ; source : «Logements collectifs, solutions constructives bois et béton», édité par le CNDB, février 2011

MUR OSSATURE BOIS EN RIDEAU, CONTRE-ISOLATION INTERIEURE Maître d’ouvrage : Opac 38 Architecte : Totem (38) Entreprise bois : SDCC (38) BET bois : 2B ing (74) Programme : 3 immeubles R+2 et 1

immeuble R+3, 46 logements Année réception : 2010 Niveau énergétique : 3 immeubles THPE et

1 immeuble BBC Classement feu : 2e famille Coût construction HT : 4 617 004 € (hors

VRD, honoraires) SHAB : 3 304 m²

Logements «Le Cheylas», ZAC Belledone (38)

Analyse architecturale

• Bon partage des objectifs et des moyens entre la Mairie, la Maîtrise d’Ouvrage et la Maîtrise d’œuvre.

• Bonne connaissance des rôles de chacun des acteurs qui permet de mettre en place un dialogue constructif.

• Fixation d’objectifs de performances et non dogmatiques.

• Utilisation du bois pour ses caractéristiques qui permettent d’atteindre les performances du bâtiment.

• Performance énergétique élevée.

• Volant d’inertie élevé - confort d’été.

• Intégration du solaire.

• Intégration de matériaux durables.

• Définition de composants respectant les critères de coût du parc locatif.

Fig 19 : Plan de masse de l’opération

Fig 20 : Schéma de principe constructif

Tableau comparatif Isolement acoustique entre niveaux

O

Satisfaisant mais pas de validation Qualitel

Ponts thermiques planchers/refends

O

Maîtrisés

Etanchéité à l’air

O

Assurée par continuité pare-vapeur sur toute l’enveloppe

Gestion du point de rosée

O

Conforme annexe 3 DTU 31.2 (NF P 21-204-1) - mai 1993

Passage du feu par l’enveloppe

O

Conforme arrêté du 31 janvier 1986

Mise en oeuvre de la solution

O

Facile et rapide

Fig 19 et 20 ; Documents fournis par le cabinet d’architectes

33

Fig 21 : Vue finale de l’opération

Analyse technique

Dans le cadre de ce projet, le choix constructif s’est porté sur une mise en applique des murs à ossature bois contre les nez de dalle. De la même façon que le projet précédemment étudié, une isolation complémentaire intérieure est mise en place. Une amélioration est cependant effectuée au niveau de la faiblesse thermique que l’on retrouvait en nez de dalle. En effet, une isolation en laine de verre compressible d’une épaisseur de 120mm est rajoutée entre le nez de dalle et le mur posé en rideau. Cette amélioration tend à palier la faiblesse thermique pointée à cet endroit, mais la différence significative d’épaisseur et de nature d’isolant, reste un bémol quant à la conception de cette liaison.

Fig 22 : Coupe détail entre la dalle et les MOB

34

Fig 23 : Points spécifiques relevés sur chantier

Fig 22 et 23 ; source : «Logements collectifs, solutions constructives bois et béton», édité par le CNDB, février 2011

MUR EN APPLIQUE, CONTRE ISOLATION INTERIEURE Maître d’ouvrage : SCI Clémenceau Mar

botte (groupe Lazard) Architecte : AS Architecture Studio (75) Entreprise bois : Arbonis (69) BET bois : Sylva Conseil (63) et BET SBM (07) Programme : Immeuble R+8, hauteur 33m Année réception : 2010 Niveau énergétique : Basse consommation Classement feu : Code du travail ouvrage

de plus de 8m Coût construction HT : 12 000 000€ Surface totale créée : 5 500 m² Surface façade bois : 3 200 m²

Bureaux «Le Marbotte» à Dijon (21)

Analyse architecturale

Le projet propose une approche nouvelle et originale pour la construction des bâtiments de bureau dans l’espace urbain. Il est conçu comme deux bâtiments indépendants, le Clémenceau Plaza et le Marbotte Plazza. Entre les deux bâtiments, un « lac végétal » est dessiné. Les façades sont développées en cohérence avec une démarche environnementale dont les objectifs sont d’assurer un grand confort thermique.

Fig 24 : Situation de l’opération

Fig 25 : Plan du niveau R+8

Tableau comparatif Isolement acoustique entre niveaux

O

Conforme à la réglementation logement

Ponts thermiques planchers/refends

O

Maîtrisés

Etanchéité à l’air

O

Assurée par continuité pare-vapeur entre panneaux et maçonnerie

Gestion du point de rosée

O

Conforme annexe 3 DTU 31.2 (NF P 21-204-1) - mai 1993

Passage du feu par l’enveloppe

O

Conforme à la réglementation du travail

Mise en oeuvre de la solution

O

Facile

Fig 24 et 25 ; Documents fournis par le cabinet d’architectes

35

Fig 26 : Vue finale de l’opération

Analyse technique

Pour réhabilitation de «La Fauconnière», la parti pris a été de déposer les anciens murs du bâtiment tout en conservant la structure béton, et de les remplacer par des murs à ossature bois posés en applique sur la structure et les dalles apparentes. Comme pour les deux projets précédents, une isolation intérieure est mise en place. La nouveauté de cette solution est de proposer également une isolation extérieure rapportée pour chaque mur à ossature bois. Plus aucune faiblesse n’est à relever au niveau thermique, acoutique, feu et étanchéité à l’air. Il s’agit là d’une des solutions les plus optimales pour les structures mixtes bois/béton.

Fig 27 : Coupe détail entre la dalle et les MOB

36

Fig 28 : Points spécifiques relevés sur chantier

Fig 27 et 28 ; source : «Logements collectifs, solutions constructives bois et béton», édité par le CNDB, février 2011

MUR EN APPLIQUE, CONTRE ISOLATION EXT. ET INT. Maître d’ouvrage : OSICA (95) Architecte : Atelier Jens Freiberg (75) Entreprise bois : Lorillard (28) et Socopa (88) Programme : Réhabiliation de 570

logements (datant de 1963) Année réception : 2009 Niveau énergétique : 60% économie

de chauffage Classement feu : 3e famille B soumise

prescription 3e famille A Coût construction HT : 10 500 000 € (hors

VRD, honoraires) Coût /logement : 18 000 €/logement

Réhabilitation «La Fauconnière», à Gonesse (95)

Analyse architecturale

Pour ce projet de réhabilitation, les problèmes à résoudre étaient tout d’abord l’isolation thermique, le désamiantage, l’optimisation de la mise en oeuvre et enfin une certaine amélioration de l’architecture. Pour cela, plusieurs solutions étaient envisagées comme un nouveau système de bardage, la création d’une nouvelle façade et remplacement des châssis existants, façade potentiellement lourde en maçonnerie posée à l’extérieur. La solution choisie a été celle de la mise en oeuvre industrielle d’une nouvelle façade légère en caisson bois par l’extérieur avec une intervention également par l’intérieur du bâtiment. De cette façon, les travaux en site occupé ont été possibles grâce au sytème choisi et cela a optimisé les délais d’intervention.

Cette réhabilitation a permis aux occupants de réaliser des économies de chauffage de plus de 60%. Cet exemple nous montre ici non seulement un principe de structure mixte bois/béton, mais également un exemple de réhabilitation des barres d’habitations des années 60.

Fig 29 : Vues existantes et projetées

Fig 30 : Schéma de principe constructif

Tableau comparatif Isolement acoustique entre niveaux

O

Sans objet

Ponts thermiques planchers/refends

O

Maîtrisés, faiblesse au droit des balcons existants

Etanchéité à l’air

O

Assurée par continuité pare-vapeur, raccordé sur maçonnerie

Gestion du point de rosée

O

Conforme annexe 3 DTU 31.2 (NF P 21-204-1) - mai 1993

Passage du feu par l’enveloppe

O

Solution bois améliore nettement niveau de sécurité de l’existant

Mise en oeuvre de la solution

O

Facile et rapide

Fig 29 et 30; Documents fournis par le cabinet d’architectes

37

«Le miroir de Vénus»

«Le Cheylas»

«Le Marbotte»

38

«La Fauconnière»

Tableau comparatif des différentes structures

Réhabilitaion «La Fauconnière»

Isolement acoustique entre niveaux Ponts thermiques planchers/refends Etanchéité à l’air Gestion du point de rosée Passage du feu par l’enveloppe Mise en oeuvre de la solution

Bureaux «Le Marbotte»

Logements «Le Cheylas»

Tableau comparatif* Logements «Le miroir de Vénus»

O O O O O O

O O O O O O

O O O O O O

O O O O O O

Conclusion

En définitive, chacune de ces différentes démarches nous a permis de progresser dans le domaine de la structure mixte bois/béton et d’améliorer sans cesse ce procédé afin d’obtenir des résultats tout a fait exemplaire tel qu’on en retrouve pour la réhabilitation de «La Fauconnière» à Gonesse.

La structure mixte bois/béton a ainsi de beaux jours devant elle et encore des belles possibilités d’avancées techniques permettant l’amélioration des futurs projets à venir.

* Source : «Logements collectifs, solutions constructives bois et béton», édité par le CNDB, février 2011

39

Fig 31 : Positionnement des connecteurs et du treillis métallique

Fig 32 : Mise en place du béton sur le plancher bois et les connecteurs

40

Fig 31 et 32 : Photos de chantier du projet du nouveau lycée de Chazelles-sur-lyon

Les planchers mixtes bois/béton Présentation, intérêts et technique

Présentation

Conçu au départ pour les interventions dans le secteur des monuments historiques et de la réhabilitation, le système de planchers mixtes bois/béton est fondé sur des connecteurs métalliques. Aujourd’hui, aucune norme n’encadre ces dispositifs, on se base donc sur les avis techniques des fournisseurs de connecteurs métalliques. Par exemple, les connecteurs SBB sont des tirefonds métalliques de gros diamètre (21 et 26mm) munis d’un filet breveté. Leur rôle est d’assurer la liaison entre l’ossature bois et la dalle de plancher. Ce procédé par connecteur SBB a été breveté par le groupe AIA (Architectes Ingénieurs Associés) :

«En restaurant les planchers anciens, il faut essayer de conserver un maximum les poutres existantes. Ce système forme un plancher relativement léger, tout en augmentant la résistance des poutres en bois. Il permet également de régler les problèmes d’acoustique et de sécurité incendie.»

Allexis Autret, ingénieur du groupe AIA*

Au delà de la réhabilitation, les planchers mixtes bois/béton ont commencé à s’attaquer au secteur de la construction neuve. L’éco construction était en plein essor et à la recherche de nouvelles solutions techniques pour les bâtiments tertiaires, scolaires, hospitaliers... En bois ou en solution mixte bois/béton.

Les avis techniques encadrant ces procédés sont renouvelés régulièrement, ce qui permet aux différents bureaux d’études et fournisseurs de constamment faire évoluer le système mixte.

Il existe deux types de planchers mixtes. Les planchers collaborant et pré dalles mixte bois/béton et les planchers par solivage.

Intérêts

Aujourd’hui, si ce procédé de plancher mixte bois/béton est utilisé dans des projets neufs, c’est avant tout pour son intérêt technique. En effet, un tel plancher permet de mettre en place de bien plus grande portée qu’un plancher bois traditionnel ou qu’une dalle béton seule. Cet avantage permet une grande plus-value dans le domaine architectural de la conception et également dans le domaine de la technique.

Enfin ces avantages quant à la résistance au feu et aux performances acoustiques en font un atout majeur dans un projet. * AIA : Groupe «Architectes Ingénieurs Associés» fondé en 1971 à Nantes par un collectif d’architectes et d’ingénieurs ayant pour ambition de réunir au sein d’une même structure les compétences nécessaires à la maîtrise d’oeuvre globale.

Aujourd’hui il compte 450 collaborateurs permanents répartis dans trois agences principales et quatre spécialisées.

41

Principe

Le principe de collaboration entre un solivage bois et une dalle béton consiste à faire travailler, grâce à la mise en oeuvre de connecteurs, le béton en compression et le bois en traction, utilisant ainsi au mieux les propriétés des deux matériaux. Cette technique, particulièrement indiqué dans le cadre des réhabilitations de structures anciennes, permet ainsi d’augmenter notablement la rigidité et la résistance des planchers en bois.

Capacité

Il est possible, dans certains cas, de conférer une capacité portante de 500 kg/m² à une structure ne pouvant théoriquement reprendre que quelques dizaines de kg/m², et ce par la mise en oeuvre d’une dalle de béton de 8 à 10 cm avec interposition de connecteurs.

Connecteurs

Le rôle de ces connecteurs est de reprendre l’effort de cisaillement à l’interface entre le bois et le béton, de sorte que l’ensemble du plancher devient une structure mécaniquement homogène et donc beaucoup plus rigide et résistante. Les performances mécaniques du procédé dépendent très fortement des caractéristiques des connecteurs.

C’est pourquoi il est indispensable de connaître de façon précise la résistance unitaire de chaque connecteur, dont dépendra la résistance de la structure, mais également le glissement (au sens de l’Eurocode 5) de celui-ci, fondamental pour prédire la rigidité finale du plancher.

Les connecteurs peuvent être constitués de pointes, de goujon, d’anneaux ou de tubes d’acier, de tiges à béton, de pièces métalliques usinées.

Normes actuelles

• NF EN 1995 (NF P 21-711) : EC 5 – Eurocode 5 : Calcul des structures en bois

Autres documents :

• Avis Technique (AT) ou Agrément Technique Européen (ATE) produit (Les avis techniques doivent reprendre les normes de calcul en vigueur) • STEP chapitre VII-4 « Structures bois-béton ».

Les ouvrages doivent être strictement conformes aux spécifications de l’avis technique du procédé employé.

Appui des poutres

D’une façon générale, le cisaillement longitudinal entre le bois est le béton sera maximal au droit des appuis, et c’est donc aux extrémités de la poutre que leur densité sera la plus importante. D’autre part, l’effort tranchant au droit des appuis devient très intense et donc prépondérant dans la vérification des sections de bois. Il est donc impératif de vérifier l’état sanitaire des appuis de poutres de façon à s’assurer que la section retenue pour le calcul correspond bien à la section réellement résistante de la poutre.

42

Données du CTBA, Assemblages Bois et dérivés Conception système, Planchers mixte bois-béton - 2007

Fig 33 : Principe des connecteurs mĂŠtalliques Sylvabat

Fig 33 : source ; Sylvabat Construction

43

Fig 34 : Principe constructif Sylvabat

Fig 35 : Coupe de principe, Sylvabat

44

Fig 34 et 35 : Principes constructifs du fournisseurs Sylvabat, http://www.sylvabat.fr/site.php

Deux systèmes principaux

Plancher à solivage

C’est le système le plus répandu. Il permet d’une part d’intervenir dans de la réhabilitation d’existant, et d’autre part d’imaginer également des programmes neufs. Il s’agit d’une dalle béton au sol du niveau supérieur et poutres apparentes en sous-face.

En programme neuf

La société Cosylva propose le PP2B* et la société Sylvabat Construction le plancher collaborant bois béton, comme le groupe AIA entre autres. Dans les deux cas, les connecteurs sont métalliques. Ils font la liaison entre la partie bois et la partie béton. L’association du bois et du béton confère à l’ensemble des propriétés différentes. En effet, s’il n’y avait pas de connecteurs, la partie haute des poutres se comprimerait tandis que la partie basse se tendrait. Grâce aux connecteurs, le béton travaille en compression (d’où le nom de dalle de compression) et le bois se tend. La dalle obtenue permet de grande portée (jusqu’à 6,50 mètres de portée sur deux appuis), ne nécessite pas de reprise en sous-face, supporte des surcharges accrues (jusqu’à 400 kg/m² voire plus), améliore l’isolation acoustique et est compatible avec un chauffage au sol.

En réhabilitation

Après un diagnostic préalable de la section des poutres porteuses, de leur écartement, de leur encastrement et de leur état général, il est possible de placer des connecteurs métalliques sur la face supérieures des poutres qui font alors office de nervures tendues. Ainsi, la structure bois existante va pouvoir collaborer avec la dalle béton. On obtient des surcharges admissibles très supérieures à celles du plancher initial, déterminées par le calcul.

PP2B : Poutre plancher bois béton

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Fig 36 : Principe constructif Lignadal

46

Fig 36 et 37 : Principes constructifs du fournisseurs Lignadal, http://www.archipente.com

Plancher à prédalle

Ce système est constitué d’une dalle béton au sol du niveau supérieur et d’une sousface intégralement en bois massif, lisse, moulurée ou décalée.

La société Lignalithe propose le plancher bois/béton Lignadal. La pré dalle Lignédal, constituée de planches en bois cloutées entre elles, est reliée à la dalle de compression (en béton) par des connecteurs et les décalages supérieurs profilés en queues d’aronde. En construction neuve, les pré dalles de 0,60 à 1,20 mètre de largeur sont livrées sur le chantier et posées, séparées par un joint garni de 1 cm pour permettre le gonflement éventuel des panneaux en phase de chantier. Ensuite un treillis soudé anti-retrait solidarisera les pré dalles avant que la dalle béton soit coulée. L’épaisseur de la dalle avoisine les 7 cm. Son épaisseur est augmentée de 3 cm si elle inclut un plancher chauffant.

Fig 37 : Coupe de principe et exemples de réalisations Lignadal combiné

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Fig 38 : Coupe de mise en oeuvre des planchers

Fig 39 : Vue perspective de la structure

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Fig 38 et 39 : Données du cabinet d’architectes et d’ingénieurs Archipente

Cas d’application

Le collège de Veauche

Ce collège est un projet mis en place pour accueillir 700 collégiens et comprenant une ½ pension pour 650 repas/jour sur 7200m² utiles. Les planchers mis en oeuvre sont des planchers mixtes bois-béton, d’une part des planchers de type Lignadal, et d’autre part de type Sylvabat. Les deux procédés ont été ici utilisés pour des raisons de finitions et d’aspect de sous face de plancher une fois le plancher terminé. Il s’agit d’une des seules différences entre les deux différents procédés, leurs coût étant relativement semblables et leurs performances techniques également. Le collège se situe à l’entrée de la commune ligérienne.

Cette situation permet d’en avoir des perceptions lointaines. Aussi, sa conception a-t-elle été influencée par la volonté de l’intégrer dans son environnement et d’en faire un élément fort du paysage.

Fig 40 : Vue du projet

Le bâtiment présente deux niveaux sur Rez-de-Chaussée et se développe selon deux ailes connectées par un noyau central. La toiture végétalisée qui les couvre, prolonge par un langage architectural contemporain, les ondulations des collines et prairies environnantes.

Une centrale photovoltaïque coiffe la partie centrale et montre, par ce signal fort, la dynamique du Département dans la valorisation des ressources énergétiques renouvelables. S i tué à proximité d’équipements sportifs municipaux, d’un groupe scolaire et d’un Pôle Enfance Jeunesse, le collège fait partie d’un véritable pôle d’enseignement et de sport. L’analyse poussée des différents flux (car scolaires, voitures, piétons, deux-roues) a mené au dessin d’un plan masse basé sur la cohabitation des divers modes de déplacement, la mutualisation des espaces de stationnement et l’accessibilité des équipements aux personnes à mobilité réduite.

Le collège s’implante en limite Ouest de la parcelle de 4 hectares, au plus près de l’arrivée des véhicules. De fait, les circulations sur le site sont limitées. Un préau à la toiture ondulante implanté en avant du collège offre un abri aux vélos et crée une zone tampon entre l’extérieur et l’intérieur du bâtiment.

Cet accès par l’Ouest permet en outre de dégager à l’Est une vaste plaine de jeux et un bassin d’orage agrémenté d’une mare pédagogique. Les trois logements de fonction s’abritent des regards à l’arrière du bâtiment.

Fig 40 : Source cabinet d’architectes et d’ingénieurs Archipente

49

Un bâtiment compact

Le bâtiment a été conçu sur trois niveaux (R+2). Ce parti architectural permet de limiter l’emprise au sol et de réaliser une économie en termes de coût de construction et de consommation énergétique. En effet, un bâtiment R+2 économise 33% d’énergie par rapport à un bâtiment R+1, et ce, à caractéristiques thermiques similaires. La consommation de chauffage annuelle du collège est ainsi estimée à 40kWh/m², une valeur meilleure que le label BBC. En tant que lieu de vie, le collège tire en outre profit de cette compacité par la limitation du déplacement des élèves et des enseignants. La surveillance de lieux est également facilitée par cette typologie.

Ue organisation claire

L’organisation des espaces pédagogiques est simple, les circulations sont claires, «évidentes» et il est facile de se repérer :

- L’accès au collège se fait par le centre, au niveau de l’articulation des deux ailes.

Un atrium d’accueil sur plu-sieurs niveaux intègre deux imposants troncs d’arbre, sou-tiens de la charpente, ainsi qu’un escalier monumental en bois. L’ambiance y est propice à la rêverie, le lieu agréable pour se rencontrer et communiquer. Ce hall d’accueil mène directement à la cour de récréation ou à la vie scolaire, et le préau s’immisce en symbiose entre ces deux espaces.

- Les deux ailes distinctes qui se développent selon un axe Nord/Sud, accueillent les salles de cours. L’ensei-gnement général est dispensé au premier étage tandis que les salles d’enseignement technologique et scientifique occupent le deuxième.

- Le C.D.I s’implante au premier étage, à l’articulation entre les deux ailes. Ouvert à l’Est, il évite les sur-chauffes estivales et profite de la vue vers les Monts du Lyonnais.

- La demi-pension est indépendante. Positionnée au Nord du tènement, elle s’ouvre largement au Sud. Elle profite d’un bel ensoleillement en hiver tandis qu’un large auvent protège la façade vitrée des rayons solaires estivaux et offre aux élèves une flânerie protégée des intempéries. Trois puits de lumière en «nids d’oiseaux» apportent un éclairage zénithal particulier.

- La salle polyvalente se situe à l’Ouest. Utilisée également par les adultes en dehors des périodes scolaires, elle est facilement identifiable de l’intérieur comme de l’extérieur.

- Pour plus de calme, le secteur artistique forme au rez-de-chaussée une unité isolée du flux principal des élèves.

- L’espace EPS est en relation directe avec le pla-teau sportif externe et la plaine de jeux enherbée interne au collège. +

Fig 41 : Vue perspective de la structure

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Fig 41 : Données du cabinet d’architectes et d’ingénieurs Archipente

Fig 42 : Mise en place de la structure bois

Fig 43 : Sous face Lignadal

Fig 44 : Sous face Lignadal

Fig 45 : Mise en place du plancher mixte Fig 42, 43, 44 et 45 : Données du cabinet d’architectes et d’ingénieurs Archipente

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Double colonne de bois

Structure de plancher mixte bois/béton

Dalle de béton continue

Fig 46 : Principe constructif de la solution du cabinet CREE

Chape de béton renforcée

Gaines techniques Poutres bois

Fig 47 : Coupe de fonctionnement du plancher

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Fig 46 et 47 : Données du cabinet CREE ; http://www.creebyrhomberg.com

Cas de mise en oeuvre et avancées techniques Grande échelle

Présentation du procédé CREE

Les avancées techniques constantes dans le domaine de la mixité structurelle bois/ béton ont induit les centres de recherche à se poser la question des ouvrages de grande échelle, comme par exemple les immeubles de grande hauteur dépassant le R+8. Dans ce secteur, le cabinet CREE autrichien a été un des premiers pionniers à étudier cette piste.

CREE a emprunté la philosophie et le mode de vie des indigènes nord-américains du même nom, et la retransmet dans sa pratique de l’architecture dans une réinterprétation moderne. Ils ne se considèrent pas seulement comme une entreprise de construction, mais également comme des initiateurs de nouvelles stratégies de traitement durable. Les liens avec le Groupe Rhomberg Vorarlberg basés sur le savoir-faire d’une équipe interdisciplinaire assurent grand nombre d’avantages avec le système CREE. Énergie et efficacité des ressources, une empreinte carbone très réduite, le temps de chantier presque diminué de moitié, de faibles coûts en énergie grise et le respect des dernières normes de sécurité par exemple.

Pour cela, leur travail est orienté sur une requalification de la ville et de ses barres d’immeubles en les imaginant en structure bois/béton. Un noyau dur en béton est monté sur la moitié de la hauteur de la tour, le premier niveau est une structure de béton sur laquelle viennent par la suite prendre place les niveaux en structure bois préfabriquée. Les dalles sont des planchers mixtes bois/béton, et une structure porteuse de colonne de bois maintient la tour sur son pourtour. De cette manière, plusieurs tour ont déjà été édifiée en Autriche.

Fig 48 : Principe de mise en place de l’immeuble

Fig 48 : Données du cabinet CREE ; http://www.creebyrhomberg.com

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Méthode de construction en détail : Le système LCT.

Dimensions > Hauteur : jusqu’à 100 m (3-30 étages) > Option de grille : 1,25 m, 1,35 m, 1,5 m > Portée du plancher : < 9.45m > Utilisation : 1 système utilisable pour des applications différentes, par exemple bureau, hôtel, restaurant, logements, commerces, école, école maternelle, maison de retraite (résidences et de soins), logement étudiant, bâtiment public (musée, bibliothèque, mairie ...), etc Matériaux > Le sous-sol et rez de chaussée: béton armé > Plafonds du 1er étage: bois hybride > Façade colonnes: bois > Confort grâce à des matériaux de surfaces naturelles Services de construction > Conception individuelle d’énergie (soit de faible consommation d’énergie, maison passive ou à la norme énergétique et plus) > La production d’électricité photovoltaïque > Le suivi des coûts d’exploitation > Contrôle de l’éclairage artificiel > Confort de la ventilation > Grand confort d’utilisation grâce à un niveau de gestion de bâtiment élevé Façade > Façade simple ou double > Protections solaires intégrées > Évents manuels optionnels pour la ventilation naturelle > Configuration architecturale de façade individuelle

En définitive, un procédé non pas unique mais en avancée constante. A l’heure actuelle, plusieurs projets de grandes dimensions voient le jour, en France ou ailleurs, et dépassent les niveaux R+8 en structure mixte bois/béton. Le procédé CREE n’en est qu’un exemple parmi toute les avancées possibles.

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Données du cabinet CREE ; http://www.creebyrhomberg.com

Fig 49 : Principe de mise en place des panneaux bois modulaires

Fig 50 : Mise en oeuvre des planchers mixtes

Fig 51 : Ambiance intĂŠrieure

Fig 49, 50 et 51 : DonnĂŠes du cabinet CREE ; http://www.creebyrhomberg.com

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Fig 52 : Pont HBV de Winschoten, plans techniques

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Fig 52 : DonnĂŠes du cabinet HBV ; http://www.hbv-systeme.de

Ouvrage d’art

Les ouvrages d’art tels que des passerelles ou encore des ponts commencent de plus en plus à être imaginé en bois/béton. Actuellement en phase de recherche dans certains centres de recherche tel qu’à Nancy à l’Université Henry Poincaré, dirigée par M. Abdel Khelil, les avancées techniques progressent jour après jour.

Un cabinet allemand travaillant beaucoup avec la structure mixte bois/béton et ayant mis en place le système HBV de plancher collaborant est un des précurseurs en matière d’ouvrage d’art en structure mixte. De cette façon, la poutre bois principale et la dalle collaborante en béton travaillent ensemble. L’idée n’est pas nouvelle, mais les cas d’applications sont rares. En Finlande, les premiers ponts ont été imaginés en 1993, depuis, on en retrouve régulièrement dans les constructions actuelles.

Les ponts mixtes bois/béton fonctionnent parfaitement sur des dimensions moyennes, mais le procédé n’est pas encore des plus performants quant aux grandes portée à franchir.

Enfin, ces ponts ont une mise en oeuvre simplifiée et nécessitent moins de main d’oeuvre que les ponts classiques.

Fig 53 : Pont HBV de Winschoten

Fig 53 : Données du cabinet HBV ; http://www.hbv-systeme.de

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Retour d’expérience et rapport au long terme Les limites de cette mixité

Retour d’expérience

Bien que le procédé même des structures bois/béton ne soit pas nouveau, aujourd’hui les réalisations sont encore peu nombreuses et les avancées techniques sont constantes. Cependant, les quelques retours d’expériences disponibles permettent d’ores et déjà de faire le point sur cette technique.

De manière générale, les chantiers mêlant le bois et le béton ont des retours très positifs. Il s’agit de chantier propre et de mise en oeuvre rapide.

Rapport au long terme

Les bâtiments mixtes étant encore récents pour la plupart, le rapport au long terme est encore difficile à évaluer. On note un très bon vieillissement des structures dans le temps pour l’instant et des sinistres quasi inexistant en fin de chantier.

Déconstruction et limites

Aujourd’hui, il n’existe pas encore de retour quant à la deconstruction de ces bâtiments. Selon les bureaux d’études, le recyclage des planchers mixtes bois/béton se fait de manière simple. Dans un premier temps, la chape de béton serait retirée par un marteau piqueur puis morceau par morceau. Une fois la partie de béton enlevée, la structure bois est facile à atteindre et à déposer.

En définitive, les procédés modernes de ce principe constructif sont des procédés récents et qui disposent d’encore peu de retours. Evoluant constamment, les procédés sont adaptés à chaque projet et en constante avancée technique.

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Conclusion Un procédé technique en constante évolution

Comme tout ce mémoire a pu nous le démontrer, la structure mixte bois/béton a un champ d’action très large et est très diversifié qu’il s’agisse d’ouvrage d’art, de bâtiment de grande échelle ou encore de logements. Au delà de ces familles de bâtiments, on retrouve ce principe constructif dans des éléments de structure même, comme les planchers mixtes bois/béton.

Encore non reconnus par les systèmes de normalisations, les avis techniques des différents fournisseurs le régissent. Cependant, une mise en place d’une norme spécifique pour les systèmes bois/béton est en cours de réalisation.

De très nombreux avantages sont induit par la mixité. Qu’il s’agisse de questions acoustiques, thermiques, de tenue au feu et de sa propagation ou encore d’étanchéité à l’air, toutes ces questions de confort sont largement remplies par les solutions mixtes. Qui plus est, en terme technique, ce système permet de franchir des portées considérablement plus grandes que seul le bois ou seul le béton n’aurait pu le permettre.

Je pense qu’à l’heure actuelle, ce procédé de structure mixte entre le bois et le béton possède de beaux jours devant lui. Remplissant tous les critères pour des constructions d’une part performantes sur le plan technique et d’autre part durables et éco-responsables, elle permet également de diminuer les coûts de chantiers et les intervenants. En effet, un charpentier peut à lui seul traiter un plancher mixte bois/béton en sous-traitant la pose de la dalle béton par exemple.

Suite à cette étude, j’ai pu me rendre compte des avancées techniques considérables qui sont mises en place grâce aux avant-gardistes qui osent expérimenter de nouvelles choses en construction. Qu’il s’agisse de promoteurs, d’industriels ou encore de bureaux d’études, tous sont motivés par cette même volonté de faire avancer la recherche et les procédés techniques existants.

De cette manière, les structures mixtes bois/béton n’ont pas finies d’évoluer et d’apparaître de plus en plus dans les futures constructions que nous rencontrerons.

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Bibliographie

Les normes • Eurocode 2 - Conception et calcul des structures en béton (2005) • Eurocode 4 - Calcul des structures mixtes (2005) • Eurocode 5 - Conception et calcul des structures en bois, notamment annexe B – Poutres assemblées mécaniquement (2005) • SIA 262 - Construction en béton (2003) • SIA 265 - Construction en bois (2003)

Le bois • Construction en bois II - Construire en bois (conception, étude, réalisation), cours EPFL, Julius Natterer et Jean Luc Sandoz - décembre 1996 • Construire en bois, Thomas Herzog et Julius Natterer – Presses polytechniques et universitaires romandes (3ème édition) • Traité de Génie Civil volume 13 – construction bois – Julius Natterer, Jean Luc Sandoz, Martial Grey – 2004 (2ème édition) • Techniques de l’ingénieur • Fiche technique bois réalisées d’après le guide des produits & composants gros oeuvre bois réalisé par Irabois (Institut de Recherche Appliqué au Bois) en partenariat avec le CTBA (Centre Technique du Bois et de l’ameublement) dans le cadre d’un contrat AQCEN ) • www.ossabois.fr • www.cbs-cbt.com • www.bois-construction.org • www.professionnels.bois.com

Le béton • Construire avec les bétons - Le moniteur – Collection techniques de conception – Juin 2000 • Traité de Génie civil volume 7- Dimensionnement des structures en béton : bases et technologie • www.la.refer.org/matériaux • www.isover.fr

Les planchers mixtes et connecteurs (ouvrages) • Timber concrete composite floor systems – thèse de M. Van der Linden – Université de Delft (Pays Bas), 1999 • Mechanical behaviour of timber-concrete joints – thèse de A.M.P.G Dias – Université de Coimbra (Portugal), 2005 • Article Wood Surfer p.40 à 42 : «Systèmes bois/béton : vers la préfabrication ?» - Juin Juillet 2013 • www.bertsche-office.de/fr/pl_bbb.pdf 62 • www.cosylva.fr

• www.sfsintec.biz • www.reppel.fr/sbb.html • www.renforcement-planchers.com • www.archipente.com/rubrique.php3?id_rubrique=9 • www.sylvabat.fr • www.lignotrend.com

Les structures mixtes • Logements collectifs : solutions constructives Bois&Béton - CNDB - 2011 • www.ponts-formation-edition.fr • www.toutsurlisolation.com

Les planchers mixtes et connecteurs (avis techniques) • Plancher PP2B : Avis technique 3/05-443, enregistrement le 13 avril 2006 • Procédé Sylvabat : Avis technique 3/02-380, enregistrement le 24 avril 2003 • Système de connexion Tecnaria : Demande 2006644, examinée le 24 octobre 2008 et le 4 février 2009 • Plancher SBB : Avis technique 3/05-450, enregistrement le 6 février 2006 • Lewis Profilés à queues d’aronde : Avis technique 3/01-364, enregistrement le 28 septembre 2002 • Plancher D-Dalle : Avis technique 3/06-488, enregistrement le 22 février 2007 • Plancher Lignadal : Avis technique 3/03-406, enregistrement le 26 Juillet 2004 • Système de connexion TIMCO : Agrément DIBT Z-9.1-445

Les entreprises de construction • www.constructions-socopa.fr • www.sdcc.fr/contact.htm • www.lignatech.ch • www.sylvabat.fr

Les références de projet • www.loire.fr • www.amplitude-architectes.com • www.totem-architecture.fr • www.architecture-studio.fr • www.jens-freiberg.bee27.com • www.a-i-a.fr • www.archipente.com • www.creebyrhomberg.com • www.hbv-systeme.de

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Annexe Avis techniques PP2B Lignadal SBB Informations fournisseurs SBB Sylvabat Cosylva

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