A petits ou à grands pas, suivant la sensibilité de chacun, il est rassurant de constater que le monde est entré dans une phase de prise de conscience sur son développement et de son impact pour les générations à venir. Celui‐ci se doit d’être inéluctablement durable devant la disparition des énergies fossiles. Le bois, matériau renouvelable par excellence retrouve grâce à cet axe de développement une place en termes de matériau de construction au tout premier plan dans les pays industrialisés. Au‐delà de son atout majeur vis‐à‐vis du CO2, les performances intrinsèques du bois et l’état des connaissances issues de la recherche et du savoir empirique lui permettent aujourd’hui de suivre les exigences de fiabilité exigées pour les constructions européennes au même titre que les autres matériaux comme le béton ou l’acier.

Parmi les différents secteurs industriels de la construction bois, la construction à ossature bois de manière générale présente un espace de développement aux perspectives très importantes. Ce secteur est actuellement en concurrence, particulièrement en France, avec la construction maçonnée ou béton armé et doit se révéler très performante au niveau de la préfabrication et du montage pour compenser des coûts de matières souvent plus importants. Un des points techniques qui caractérise le bois au niveau de son utilisation en construction est le domaine des assemblages. En effet, celui–ci ne présente pas les mêmes facilités pour réaliser des liaisons que l’acier par exemple du fait de sa forte anisotropie et de son origine presque directement naturelle. Pour être le plus compétitif possible, il faut donc trouver des solutions d’assemblages permettant dans un premier temps de transmettre des efforts, mais également d’être rapide et robuste à installer pour faciliter le montage. Pour être performant, il faut également que ces ancrages soient facilement réalisables pour en réduire le coût.

Pour répondre à ce besoin du marché, la société CULLEN Building Products (Cullen BP) produit des systèmes d’ancrages pour les constructions à ossature bois depuis 1977. Le principe de ces systèmes de liaison consiste à transmettre des efforts entre les éléments en bois par l’intermédiaire d’une tôle métallique mince pliée. Cet ancrage est ensuite installé à la jonction des éléments où les efforts doivent être transmis. L’installation de ces ancrages s’effectue généralement à l’aide de pointes, de vis ou de petits systèmes rabattables en tôle préformée lors du façonnage des ancrages.

La mise sur le marché concurrentiel européen de tels systèmes de connexion non standard, adaptés à chaque éléments de construction, ne peut s’effectuer que dans le cadre du marquage CE via l’obtention d’un ATE. L’instruction de cet ATE s’effectue en respectant les instructions du guide européen sur les plaques clouées tridimensionnelles ETAG 015 [1] . Au‐delà d’un certain nombre de prérogatives techniques importantes, la justification de la résistance des ancrages qui sont mentionnés dans l’ATE constitue le point fondamental de cette procédure.

Il existe dans l’ETAG 015 [1] trois manières explicites de procéder pour déterminer la capacité résistante des ancrages : soit par des tests expérimentaux, soit par des tests expérimentaux couplés à une approche analytique, soit par simulation numérique seule. La voie expérimentale est la plus courante, mais cette procédure est chère et longue. La deuxième consiste à développer en parallèle des méthodes de calculs permettant d’interpoler des résultats afin de limiter le nombre d’essais et la troisième consiste uniquement à simuler le comportement des ancrages pour obtenir leur résistance. Si un modèle est produit, il peut bien entendu permettre de réduire les coûts d’obtention d’un ATE, mais il peut surtout permettre une démarche d’optimisation des produits en amont de la mise sur le marché.

CLASSEMENT DES ANCRAGES SELON LEUR GEOMETRIE 

La construction bois en Europe s’est fortement industrialisée ces dernières années. La tendance Nord Américaine à standardiser les sections s’est propagée, pour des raisons économiques, sur le vieux continent. Cette évolution a permis au marché de la connexion tridimensionnelle en tôle pliée de se développer. Ce marché de la connexion technique, fiable et rapide permet aujourd’hui la mise en œuvre de produits bois standard en section pleine mais également des produits composites plus évolués. Ainsi la construction bois se permet de côtoyer des secteurs où la construction standardisée à fait merveille depuis un bon nombre d’années : la construction maçonnée avec son emblématique parpaing. Sur ce marché très concurrentiel de l’ancrage, l’entreprise Cullen a proposé une très vaste gamme de produits en satisfaisant toujours plus une demande de connexions pratiques .

Le développement d’une vaste gamme comme celle de Cullen s’est bien entendu faite progressivement. Globalement, le développement a suivi la pénétration du bois dans le marché de la construction en accompagnant ce dernier par le biais de l’économie apportée. Les premières gammes d’ancrages ont été développées pour la mise en œuvre des charpentes industrialisées venues des États‐Unis au début des années 1970. Les ancrages développés sont plus ou moins complexes suivant le nombre d’efforts, qualifiés de primaires, qu’ils doivent faire transiter. La notion d’effort primaire permet de faire le distinguo avec les efforts parasites développés dans les connexions par ces mêmes efforts primaires du fait des excentricités. Les efforts ne pouvant être transmis au droit des fibres moyennes des éléments assemblés, bien souvent des moments se développent et accentuent le chargement sur l’ancrage.

L’expérience et l’état de développement des assemblages de toiture a donc ensuite naturellement profité à d’autres parties de la construction lorsque le marché de la maison à ossature bois (bois et briques au Royaume Uni) s’est étendu. La partie principale des constructions qui a bénéficié de ce savoir faire a été le plancher. Tout d’abord le report des efforts de cisaillement des solives à section pleine vers les porteurs s’est opéré. Ces connecteurs ont ensuite évolués pour recevoir les poutres bois composites en I dans le milieu des années 1980. Les contraintes techniques de type thermique, économique et architecturale ont ensuite amené le bois vers la mixité. Ainsi des ancrages ont été développés pour reporter les charges vers des structures en béton ou en acier.

La mixité des matériaux de construction a conduit Cullen à développer des ancrages permettant de relier le bois aux structures béton qui assurent la base d’une très grande partie des constructions actuelles. En marge de ces produits d’assemblage transmettant des efforts importants, des éléments facilitant le montage ou l’association d’éléments sont produits. Moins commun que les étriers, ils sont appréciés pour la praticité qu’ils apportent au montage.

A part quelques ancrages très rares, la très large majorité des produits développés sont destinés à transmettre des efforts pour lesquels ils doivent être garantis. Ces efforts peuvent être classés par type selon la direction et le sens où ils agissent par rapport aux pièces assemblées. Aucun ancrage n’est développé pour transmettre de moment. Ceci implique que les éléments des constructions doivent être bloqués pour éviter que ce type de sollicitation ne s’introduise dans les ancrages.

Pour identifier la nature des efforts qui sollicitent un ancrage, il est en général commun de se placer au niveau de la pièce qui apporte l’effort dans l’ancrage.

PARAMETRES GEOMETRIQUES ET MATERIELS DES ANCRAGES

Dans un premier temps, une étude paramétrique s’avère nécessaire, pour vérifier l’influence qu’ont, sur le comportement mécanique des assemblages (raideur et résistance), d’une part le changement géométrique de leurs éléments, et d’autre part le type de bois utilisé. Les paramètres propres à un assemblage par ancrage sont, pour certains, définis par ETAG015 dans le cadre des essais de caractérisation des ancrages. À savoir les dimensions de ses différents éléments ‐ bois (support, solive) et ancrage ‐ et la position de la charge à y appliquer. S’y ajoutent le type du bois et le nombre des pointes . Pour simplifier les études, les paramètres qui dépendent d’autres paramètres n’ont pas été pris en compte. Par exemple, la hauteur du support et de la solive, la longueur de cette dernière et la position de l’application de la charge (ainsi que le nombre de pointes dans le cas du groupe 1) dépendent de la hauteur de l’ancrage. Il est donc possible de considérer que leur influence sur le comportement mécanique des assemblages suit celui de la hauteur de l’ancrage. La longueur du support est constante et égale à 1000 mm. La profondeur des ancrages est constante. La largeur de la solive est égale de celle de l’ancrage.