Universit de Lige

CONSTRUCTIONS EN BOISCours l'intention de la 1re master en ConstructionsAnne acadmique 2007-2008J. M. Franssen, Prof. adjoint Directeur de Recherches du F.N.R.S. Agrg de l'Enseignement Suprieur

Universit de Lige Dpartement ArGEnCoFacult des Sciences Appliques Structural EngineeringCONSTRUCTIONS EN BOISCours l'intention de la 1re master en ConstructionsAnne acadmique 2007-2008J. M. Franssen, Prof. adjoint Directeur de Recherches du F.N.R.S. Agrg de l'Enseignement Suprieur

CHAPITRE 1 INTRODUCTION

CHAPITRE 2 PROPRIETES

2.1 L'arbre

2.2 Constitution du bois

2.3 Proprits principales du bois

2.3.1 L'humidit relative2.3.2 Retrait2.3.3 Dilatation thermique2.3.4 Masse volumique2.3.5 Rsistance la compression2.3.6 Rsistance la traction2.3.7 Rsistance au cisaillement2.3.8 Rsistance aux chocs2.3.9 Coefficients d'lasticit2.3.10 Diagramme contrainte - dformation2.4 Classement du bois

CHAPITRE 3 - LE BOIS D'UVRE DANS LA CONSTRUCTION

3.1 Le bois rond

3.2 Le bois sci

3.3 Le bois lamell coll

3.4 Les familles de panneaux

3.4.1 Les contre-plaqus3.4.2 Les panneaux de bois lamifis + parallam3.4.3 Les panneaux de fibres et de particulesCHAPITRE 4 DIMENSIONNEMENT

4.1 Principes gnraux

4.1.1 Calcul aux tats limites4.1.2 Calcul lastique4.1.3 Effets de l'humidit et du fluage4.2 Formules de vrification

4.2.1 Effet d'chelle4.2.2 Traction parallle aux fils4.2.3 Traction perpendiculaire aux fils4.2.4 Compression parallle aux fils4.2.5 Compression perpendiculaire aux fils4.2.6 Compression oblique4.2.7 Flexion simple4.2.8 Flexion gauche4.2.9 Cisaillement4.2.10 Torsion4.2.11 Flexion et traction combine4.2.12 Flexion et compression combine4.2.13 Prise en compte du flambement4.2.14 Dversement4.2.15 Poutres simple dcroissance4.2.16 Poutres double dcroissance, courbe et intrados courbes4.2.17 Effet systmeCHAPITRE 5 - ASSEMBLAGES

5.1 Introduction

5.2 Assemblages traditionnels

5.2.1 Embrvements5.2.2 Assemblages par contact5.2.3 Assemblages par tenon et mortaise5.2.4 Assemblages mi-bois et par enfourchement5.3 Assemblages mcaniques de type tige

5.3.1 Conception gnrale5.3.2 Pointes5.3.3 Assemblages visss5.3.4 Assemblages par boulons et broches5.3.5 Assemblages par goujons colls5.4 Autres assemblages mcaniques

5.4.1 Assemblages par connecteurs mtalliques dents5.4.2 Botiers de poutres et systmes d'ancrages5.4.3 Assemblages par anneaux5.4.4 Assemblages par crampons5.5 Considrations gnrales

5.5.1 Traction transversale dans les assemblages.5.6 Quelques exemples d'assemblages courants

5.6.1 Pieds de colonne5.6.2 Appuis de poutres5.6.3 Nuds poutre - colonneCHAPITRE 6 - DURABILITE

6.1 Protection contre l'incendie

6.2 Protection contre le pourrissement

6.2.1 Le choix des essences6.2.2 La protection constructive6.2.3 La protection chimique6.3 Le bleuissement

CHAPITRE 7 STRUCTURES

7.1 Introduction

7.2 La poutre flchie

7.2.1 Poutre simple de hauteur constante7.2.2. Cas des pannes de toiture7.2.3. Poutres composes7.2.4. Poutres sous-tendues7.3 Les arcs

7.4 Les portiques

7.5 Les systmes de treillis

7.5.1 Charpentes industrialises7.52 Treillis sur mesure7.6 Les maisons d'habitations

7.6.1 Maisons ossature bois7.6.2 Systmes madriers7.6.3 Systmes poutres et poteaux7.7 Ponts et passerelles

7.7.1 Historique7.7.2 Principes d'utilisation du bois dans les constructions7.7.3 Les diffrents types de structure7.7.4 Particularits des ponts pitonniersDICTIONNAIRE

SOURCES D'INFORMATION ANNEXE

CHAPITRE 1 INTRODUCTIONLe bois et la construction en boisEn Amrique du Nord, on dnombre 350 millions de maisons en bois. Chaque anne, il s'en construit 2 millions de plus sur tout le territoire, de la Floride au cercle polaire, en passant par des climats maritimes comme Vancouver Island o il pleut deux fois plus qu'en Ardenne.

Les pays scandinaves bnficient aussi d'une longue tradition de maisons en bois. Comme en Amrique du Nord, plus de 90% des maisons individuelles sont construites en bois. La qualit d'isolation thermique de ces constructions est telle que, malgr les rigueurs du climat, la consommation de chauffage d'un mnage sudois est la moiti de celle d'un mnage franais.

En Allemagne, la promulgation de rglements qui imposent des exigences encore plus svres en terme d'isolation thermique (ncessit d'obtenir un coefficient K40) a conduit un vritable boom des maisons en bois, particulirement bien adaptes cette exigence.

En Belgique, le bois est abondant ; en Wallonie, la surface forestire n'a fait que crotre depuis 1866 pour atteindre aujourd'hui 31% de la surface du territoire. Le rendement de nos forts est le meilleur d'Europe : l'quivalent en bois ncessaire pour construire une maison en bois pousse toute les 2 4 minutes. En France, certaines projections prdisent un doublement de la production de rsineux d'ici les annes 2010

2020. La qualit de notre bois est excellente pour la construction avec, en particulier le cur des essences comme le pin de Douglas et le mlze qui prsentent une durabilit naturelle aux insectes. Les bois d'importation compltent harmonieusement la gamme locale, grce au dveloppement qu'ont connu les moyens de transport au cours de ce sicle. Pourtant, peine 8% du patrimoine en construction dans notre pays est ralis en bois. Les raisons principales sont probablement culturelles, d'une part, et lies certaines craintes, d'autre part. On peut citer :

L'opposition prsente dans notre inconscient culturel entre la pierre, utilise pour la construction des vraies demeures, et le bois, utilis pour les baraquements, pavillons de chasse et hangars agricoles.

La crainte du feu.

Les craintes lies la prennit du matriau.

Examinons ces trois points successivement.

La perception culturelle du bois dans notre socit.Ds l'ge de la pierre, l'homme construisait en bois et, jusqu'au XVII sicle, nos villes et villages taient essentiellement construits en bois. La prsence de toits en chaume fut cependant l'origine de la propagation de nombreux incendies dans les centres urbains dont le dveloppement tait de plus en plus grand. L'accroissement des terres cultives, l'usage du bois pour l'artisanat et l'industrie naissante, pour le bois de mine ou autres traverses de chemin de fer, conduisit dans le mme temps une rarfaction des ressources disponibles. Cette rarfaction explique l'apparition dans nos pays des maisons colombages utilisant moins de bois que les murs en bois plein. L'arrive de Louis XIV est aussi pour une grande part responsable du changement collectif des mentalits. Les bourgeois qui veulent marquer leur russite travers leur demeure cherchent btir leur petit Versailles local et construisent en pierre dont l'image va s'associer, dans la construction, celle de la solidit, de la dure. A l'apoge de la matrise de la technique de la construction en bois en Europe commencent les premires implantations de colons en Amrique. Parmi ceux-ci prennent place de nombreux matres artisans trouvant un terrain plus propice pour exercer leurs talents, par l'abondance de matire premire autant que par la demande. Les migrants ne sont gure attirs par la reproduction des schmas culturels du pass et souhaitent un logement le mieux adapt possible aux conditions locales. La construction en bois s'impose tout naturellement. La fracture est faite et dans le mme temps o l'Europe va perdre toute sa tradition et son savoir-faire de la construction en bois, les btisseurs du Nouveau Monde vont perfectionner le modle europen pour aboutir, au dbut du XX sicle, la maison en ossature bois.

Une maison en bois brle.Le bois brle, c'est vident. Ne l'utilise-t-on pas depuis toujours pour se chauffer ? Ce n'est pas pour autant qu'il constitue un danger dans la construction. On pourrait mettre en avant le fait que la probabilit de naissance d'un incendie a t fortement rduite par l'apparition des systmes de chauffage central et par l'utilisation systmatique de disjoncteurs diffrentiels protgeant les installations lectriques, mais ce serait un faux argument. En effet, malgr ces progrs, des incendies se dclarent encore tous les jours et il reste ncessaire de mettre en uvre des matriaux prsentant un bon comportement au feu. Le bois est tout fait satisfaisant cet gard. Des compagnies d'assurances prsenteraient d'ailleurs sur le march belge des contrats incendie pour maisons neuves en bois des prix quivalents aux constructions traditionnelles ( vrifier).

L'inflammabilit du bois est infrieure celle de nombreux autres matriaux prsents dans toutes les habitations. La cigarette du fumeur endormi risque d'entraner la combustion de son matelas ou de sa literie, mais se consumera jusqu'au bout sans consquence si elle tombe sur le parquet en bois. La flamme d'une bougie allume peut embraser le sapin de Nol sous lequel elle se trouve, ou la pile de journaux place proximit bien plus facilement que la poutre en chne apparente. La surchauffe lectrique survenant dans

l'installation domestique ou dans un appareil lectromnager risque de trouver assez de combustible plastique proximit immdiate sans avoir besoin de bois pour s'tendre.

La chaleur dgage par la combustion du bois est connue (environ 14 MJ/kg). Elle se dgage progressivement au cours du temps et est proportionnelle la surface de bois prsente dans le local (0.8 mm/min x 450 kg/m x 14 MJ/kg = 0.08 MW/m ). Il y a donc plus de chaleur qui se dgage en cas d'incendie gnralis si le plancher, les lambris et le plafond sont recouverts de bois que si ces surfaces sont ralises en bton ou en pltre. Mais il peut s'en dgager encore beaucoup plus avec certains revtements synthtiques, tapis pleins ou couvre sol. Cette quantit de chaleur dgage peut ventuellement influencer le comportement de la structure portante si celle-ci est en acier ou en bton, pas si elle est en bois. Elle ne concerne en rien la scurit des personnes puisque, au moment de l'incendie gnralis, les personnes qui n'auraient pas encore russi vacuer ne peuvent plus survivre, que le local comporte du bois ou pas.

La rsistance au feu des lments en bois est prvisible. Le principe gnral est que le bois se protge lui-mme par la couche carbonise que la combustion a form. La vitesse de propagation est constante, d'environ 0.8 mm par minute, ce qui confre aux poutres et colonnes de section suffisante une rsistance au feu qui peut tre suprieure celle d'autres matriaux. Les lments en bois de petite section, par contre, voient leur section assez rapidement consume en totalit mais ils n'assurent gnralement pas un rle majeur dans la stabilit de la structure.

La prennit du boisLes fondations de Venise sont en pieux de bois et les charpentes des cathdrales fteront bientt leur millnaire. Le bois peut donc durer, mais pas dans n'importe quelles conditions.

L'poque d'abattage influe sur la prennit du bois d'uvre mais c'est un paramtre qu'il est difficile de matriser notre poque parce que des impratifs de rentabilit des quipements imposent de faire fonctionner ceux-ci toute l'anne. Ces abattages en toute saison ont entran la ncessit des schoirs artificiels qui, convenablement utiliss, rglent le problme.

Le choix de l'essence est essentiel. Certaines essences locales possdent une trs bonne protection naturelle contre les attaques biologiques. Suivant leur utilisation, elles ne demandent parfois mme aucune protection chimique supplmentaire. Un bardage extrieur en mlze, par exemple, peut ne pas tre peint et se patinera d'une couleur gris argent par l'action des ultraviolets. On peut videmment citer le chne, mais aussi le Douglas ou le thuya (red cedar en anglais).

Des traitements chimiques permettent de garantir la structure du bois contre toute agression de ses deux ennemis, les champignons et les insectes xylophages*. Ces traitements peuvent faire appel l'imprgnation ou au recouvrement par lasure* ou peinture. Notre civilisation des loisirs s'accommode mal du pinceau. Il faut cependant remarquer que les structures portantes ne sont pas souvent soumises aux agressions extrieures et demandent peu, ou pas, d'entretien par rapport, par exemple, des menuiseries extrieures. Si des bardages

extrieurs doivent tre traits, la somme de travail ncessaire reste modre car il s'agit de surfaces planes et rgulires qui peuvent se traiter rapidement.

La conception et la mise en uvre jouent un rle fondamental. La protection constructive du bois consiste essentiellement garantir une bonne ventilation des faces exposes l'humidit. Tant que le bois n'atteint pas les 20% d'humidit permanente, il ne risque pas d'tre attaqu par les champignons. Les planches de bardage, par exemple, sont fixes sur une construction qui assure une ventilation arrire. La prsence de feuilles pare-vapeur vite que la vapeur d'eau prsente dans l'air chaud d'une habitation ne migre dans les parois et ne s'y condense. Sur chantier, le percement du pare-vapeur est viter absolument (botiers lectriques, dcharges, ). Si les pices de bois immerges en permanence n'ont rien craindre des insectes et des champignons, le contact entre les structures en bois et l'humidit permanente du sol doit tre vit l'aide de membranes d'tanchit ou par l'interposition de systmes supportant mieux l'humidit : pieds de poteaux en acier, soubassement en pierres Le rle de l'architecte est ici primordial, en tant que concepteur et en tant que surveillant de la bonne excution des dtails dont l'importance peut chapper l'il non averti.

Les paragraphes prcdents portaient sur quelques-uns des inconvnients, rels ou supposs, qui limitent l'emploi du bois dans la construction. Quels sont les avantages de ce matriau qui peuvent tre mis en valeur s'agissant de la construction de btiments ? Examinons de manire critique les arguments prsents dans la brochure de "Bois et Habitat" [1.1]

La rapidit d'excution.Le gros-uvre protg des intempries peut tre ralis en une ou deux semaines. S'il y a prfabrication en atelier, l'assemblage sur chantier peut tre ralis en deux journes. Une maison en bois permet de commencer rapidement le travail de second uvre (sanitaire, chauffage, lectricit, menuiserie, sols, ) pour terminer l'ensemble dans un dlai de deux trois mois. Le candidat btisseur aura payer simultanment son loyer et le remboursement de la nouvelle construction pendant une dure rduite.

C'est assurment un argument positif, mais il est de second ordre. Personne ne va fixer le choix du matriau de sa future maison sur base d'un ou deux mois de loyer pargns. On peut nanmoins tenir compte de cette conomie dans un bilan financier comparatif.

La construction sec.A l'exception des fondations ou soubassements, les maisons en bois sont des constructions entirement sches qui permettent d'emmnager directement aprs la fin du chantier. Ceci reprsente un confort rel lorsque l'on sait qu'une maison en maonnerie doit vacuer durant plusieurs mois les 15000 litres d'eau utiliss dans les btons, maonneries et enduits divers. Les travaux de finitions tels que tapisserie, peinture, parquet, peuvent dbuter ds la fin du chantier sans qu'il ne faille camper plusieurs mois dans l'attente du schage.

C'est un argument rel, mais ranger plutt dans les inconvnients des maonneries que dans les avantages du bois. Ce n'est en tout cas pas un argument dcisif en soi car il ne porte que sur la priode d'occupation initiale de la construction, quelques mois un an, et ne suffirait pas contrebalancer des inconvnients majeurs qui porteraient sur le restant de la vie du btiment. Il sera peut-tre considr avec un intrt plus grand dans certains cas particuliers lis la sant des occupants lorsque celle-ci ne peut s'accommoder de l'humidit : asthme, rhumatisme,

Le respect des dlais.La possibilit de prfabrication qu'offre la construction de maisons ossature bois permet de dfier la fois le temps calendrier et mtorologique. La prfabrication en atelier l'abri des intempries permet de garantir, en plus de la qualit, les dlais de fin de chantier.

Il s'agit galement d'un argument contrario, mme si la possibilit avec une construction traditionnelle de se voir chasser de son logement prcdent avant de pouvoir disposer du suivant est assez peu engageante. Personne n'aime aller sonner chez Belle Maman pour lui demander l'hbergement pendant quelques mois.

L'architecture sur mesure.Le bois, par son extrme souplesse et sa lgret, permet de composer de nouveaux volumes et espaces rpondant aux besoins actuels. Il admet toutes les audaces architecturales et se combine avantageusement avec d'autres matriaux plus froids comme la pierre, le verre ou le mtal. Pour les architectes, la construction en bois laisse une grande place la crativit et permet de rpondre encore plus fidlement aux souhaits du candidat btisseur.

Pour celui qui souhaite faire uvre d'architecture en btissant, la construction en bois contemporaine propose rellement une approche novatrice qui reste assise sur l'exprience et la tradition, permettant ainsi une construction de dpasser les strotypes du moment.

La facult d'adaptation.Une maison reflte l'histoire d'une famille, au moins. Comme la famille, la maison grandit, volue en qualit, confort, got. Elle s'adapte au gr de l'volution des moyens financiers des occupants, de l'arrive d'enfants, des besoins de ceux-ci lors de l'adolescence, de leur dpart, de l'arrive de petits-enfants ou, de moins en moins dans notre socit, de l'hbergement des grands-parents voire, hlas, parfois d'un handicap survenu un membre de la famille.

La maison ossature bois se prte mieux qu'une maison traditionnelle en maonnerie aux percements de cloisons, divisions de pices ou ajouts de salle de bain. Le travail tant plus lger, il peut tre ralis par un bon bricoleur. Certains matriaux peuvent tre rutiliss et, fait non ngligeable, les dgagements de poussires sont quasi nuls. Ce dernier avantage est trs parlant pour la mnagre qui a dj d subir les consquences de quelques coups de disqueuse appliqus dans de la maonnerie par un mari bricoleur.

La quantit de matriau mettre en dcharge est beaucoup plus faible, voire nulle, ce qui constitue un avantage cologique, pour la socit, et financier, pour le propritaire.

La lgret.Une poutre de 3 mtres de porte capable de supporter 20 tonnes pse 60 kg en bois rsineux, 80 kg en acier et 300 kg en bton arm. Cette lgret rapporte son efficacit en fait un matriau apprci dans les zones ou le sol est faiblement porteur, dans le cadre des surlvations de btiments, ou lorsque la mise en uvre est ralise par le propritaire lui-mme.

Le confort et le bien-tre.Lorsqu'on pense bois, on l'associe directement au confort et au bien-tre. Le bois contient des cellules emprisonnant de l'air, ce qui lui confre ses proprits d'isolant thermique. Les maisons en bois proposent un bon niveau d'isolation, ce qui conduit des dperditions faibles travers les parois mais prsente aussi l'avantage d'offrir des parois chaudes en hiver et fraches en t. Un mme niveau de confort est obtenu avec une temprature intrieure plus basse que si des parois plus fraches rayonnaient vers l'intrieur. La nature cellulaire du bois lui permet d'absorber momentanment l'humidit en excs dans l'air pour la restituer progressivement plus tard, jouant ainsi le rle de rgulateur naturel du climat intrieur. Ce matriau est donc parfaitement indiqu, par exemple, pour les personnes souffrant de rhumatisme.

En Autriche, des recherches auraient dmontr que la frquence des phnomnes de stress tait rduite de moiti et les manifestations d'agressivit de 20 % parmi les habitants d'un entourage riche en bois. Mme s'il faut tre prudent quant la signification exacte de ces chiffres, le bien-tre li la prsence du bois est un sentiment que chacun a pu exprimenter l'une ou l'autre reprise.

Le bois est neutre au niveau de l'lectricit statique et vite la prsence de poussire lectriquement charge. La maison en bois offre un environnement bien adapt aux personnes sujettes aux allergies, que ce soit face aux poussires ou aux acariens.

Les arguments dvelopps dans ce paragraphe sont probablement ceux qui jouent le rle dcisif dans la dcision de construire en bois. Si l'on fait ce choix pour son habitation, c'est qu'on veut s'y sentir bien. Les autres arguments peuvent conforter ce choix mais ils jouent un rle secondaire. Ils ne seraient certainement pas suffisants pour emporter la dcision si le candidat btisseur avait le sentiment que sa maison ne sera pas confortable.

Les avantages pour la socit.La fort joue un rle irremplaable pour la qualit de notre cadre de vie et de loisir et constitue un moyen efficace de limiter l'effet de serre li la surproduction de CO2.

L'existence complte d'un arbre ne conduit la disparition d'aucun atome de carbone de la terre. Le carbone pris l'atmosphre par l'arbre lors de sa croissance est restitu celle-ci aprs sa mort lorsqu'il pourrit ou qu'il est dtruit par le feu. Une fort naturelle en quilibre rejette ainsi dans l'atmosphre, bon an mal an, autant de carbone qu'elle n'en soustrait.

L'exploitation de la foret permet actuellement de retarder l'effet de serre par la prolongation de la priode durant laquelle le carbone reste stock dans le bois, durant toute la dure de vie du matriau, y compris les diverses rutilisations possible de chaque planche ou madrier. Le bois ncessaire la fabrication d'une maison fixe ainsi le CO2 d'une

file de 200 voitures "embouteilles" pendant une heure. L'exploitation responsable de la fort est la meilleure garantie de sa conservation. En Wallonie, avec le principe de gestion forestire durable appliqu depuis 1854, le bois exploit correspond ce que la fort a produit dans l'anne. Il est hlas certaines rgions du monde ou l'exploitation est particulirement irresponsable, conduisant la dnaturation totale des sols.

En fin de vie, ce qui arrivera toujours bien un jour, le matriau va cependant restituer le carbone qu'il contient l'atmosphre. Si la fin de cette vie a lieu par le feu, il est possible de rcuprer l'nergie de combustion du bois et, si le bilan carbone est peu prs nul (il a quand mme bien fallu consommer quelques litres d'essence pour couper l'arbre, le transporter, le scier, etc.), l'opration est bien moins polluante que la combustion de combustible fossile qui, elle, libre dans l'atmosphre des atomes de carbone qui ne s'y trouvaient pas auparavant. De plus, au contraire des nergies fossiles, celle produite par la combustion du bois provient d'une source renouvelable

La construction en bois est le mode de construction le moins nergivore, tant pour la production de la matire premire, voir figure 1.1 tire de [1-2], que pour son transport et sa mise en uvre, ainsi que pour le chauffage de l'habitation. Il s'agit d'une matire offerte par l'nergie solaire et renouvelable, l'inverse des matriaux d'extraction et de leurs drivs. La fort est probablement le seul lieu de production recherch pour la promenade et, si une scierie reste une usine, son impact sur l'environnement n'est pas ressenti de la mme manire que celui d'une acirie ou d'une cimenterie.

Fig. 1-1 : Quantit d'nergie en MJ ncessaire pour produire une tonne.Enfin, la filire bois est, avec l'agriculture mais de moins en moins pour celle-ci, une des seules possibilits de promouvoir une vie conomique durable dans les zones rurales et d'y maintenir une population active. Offrir une alternative la force d'attraction concentrationnaire que jouent les villes dans notre socit est peut-tre un des plus grands mrites du bois.

Dans notre socit individualiste, ces aspects cologiques ne sont pas toujours ceux qui priment dans la dcision prise par chacun au moment de construire. Les aspects environnementaux prennent cependant une place de plus en plus importante, surtout pour les jeunes gnrations. Par contre, lorsque des responsables politiques doivent prendre des dcisions, c'est en principe le bien commun qui est leur objectif final et, de ce fait, l'aspect cologique prend une plus grande importance. Il est probable que la prise en compte des aspects cologiques ira en s'amplifiant pendant les annes venir, dans un monde marqu par une volution dmographique galopante et o la croissance conomique tient lieu de religion. La place du bois pourrait donc s'y trouver conforte.

CHAPITRE 2 PROPRIETESProprits physiques et mcaniques du bois et de ses drivs2.1 L'arbre

Par son origine vgtale, le bois est un matriau htrogne, dont les caractristiques dpendent des essences, voire de l'arbre dont il est issu.

On distingue deux grands groupes d'arbres :

les conifres, appels aussi rsineux, sont les plus anciens dans l'volution. Leur structure est plus simple.

les feuillus, plus rcents et de structure plus complexe.Le tableau 2-1 reprend quelques-unes des diffrences principales.Les conifresLes feuillus

BotaniquePlantes graines nues, qui ne sont pas renfermes par un ovaire.Plantes dont les ovules sont protgs par un ovaire. Ces ovules voluent en graine aprs la fcondation.

FeuillesFeuillage persistant (sauf exceptions). Feuilles gnralement troites, pointes aigus, ou petites et squamiformes*.Feuillage persistant ou caduc*. Feuilles gnralement plates, avec un rseau distinct de fines nervures.

FleursSans ptalesGnralement avec ptales

FruitEn gnral un cne, souvent compos d'cailles ligneuses*Trs grande diversit de forme, de texture, de couleur.

TerrainAcceptent des conditions plus hostiles.Habitat moins hostile.

Tableau 2-1 : diffrences entre conifres et feuillus.

La fort belge est plante 50% de feuillus et 50% de conifres. Les conifres rencontrs dans notre pays sont :

L'pica (92%), appel aussi sapin blanc.

Le sapin de Douglas, ou simplement Douglas, ou Oregon pine en anglais, originaire d'Amrique du Nord. Les premiers sujets plants dans nos rgions atteignent aujourd'hui 50 mtres. Produit un bois trs dur, lourd et durable. Sa production est en augmentation en Wallonie, cause de la qualit du bois qu'il produit et parce qu'il pousse trs vite quand il est jeune (1 m par an).

Le pin sylvestre, appel aussi sapin rouge. Cette essence ne produit pas un bois de qualit intrinsquement meilleure que l'pica mais, provenant souvent du Nord de

l'Europe, son exploitation est organise de manire telle qu'il arrive sur le march un taux d'humidit bien contrl, infrieur 18%, ce qui le fait prfrer pour la construction.

Le mlze (2%), bois trs dense, de couleur rouge saumon, qui pousse deux fois plus vite que l'pica.

Chaque espce peut compter plusieurs dizaines ou centaines de noms diffrents, selon la langue mais aussi, pour chaque langue, selon l'endroit. Il existe aussi des appellations commerciales qui recouvrent en fait plusieurs espces aux caractristiques assez proches. Cette multiplicit des dnominations entrane une grande confusion puisqu'on trouve mme des noms qui, selon l'endroit, dsignent des espces diffrentes! La seule manire sre de nommer les espces est de recourir la nomenclature latine binominale introduite par Linn en 1753. Chaque espce est reprsente par deux mots crits en italique. Le premier, considr comme substantif, s'crit avec une majuscule et dsigne le genre tandis que le second, considr comme pithte, s'crit avec une minuscule et dsigne l'espce. Ce binme est suivi du nom de l'auteur de l'espce, gnralement abrg et en lettre romaine. Les noms scientifiques des espces suivantes sont ainsi;

Epica (sapin blanc) Picea abies (L.) Karst.

Douglas Pseudotsuga menziesii (Mirb) Franco

Pin sylvestre (sapin rouge) Pinus sylvestris L. Mlze d'Europe Larix decidua Mill.

En Belgique, on appelle "sapin du Nord" un pin qui a pouss une latitude suprieure 57. Ainsi, l'abrviation SRN dsigne du sapin rouge du nord.

L'agrment d'une promenade en fort est bien plus grand pour celui qui est capable de reconnatre les espces rencontres. Les figures 2-1 2-4, extraites de [2-1], sont introduites ici pour aider diffrencier entre eux les rsineux de notre rgion. Chaque planche montre la silhouette de l'arbre, les fleurs femelles et mles (de gauche droite) ainsi que l'extrmit d'un rameau. Le tableau suivant reprend quelques-unes des caractristiques qui aident distinguer ces espces entre elles.

En raison des prix plus faibles que ceux des feuillus, les rsineux sont les plus utiliss dans la construction. Les feuillus dont en outre plus nerveux, ce qui rend leur mise en uvre plus dlicate cause des retraits du bois. Le douglas, le mlze et le pin trait sont ainsi les essences les plus utilises pour les structures de gnie civil.

CaractristiquepicaDouglaspin sylvestremlze

aiguillesCourtes (20 mm), de section triangulaire,assez piquantes.Molles, insres par un coussinet ovale (3 cm).

2 bandes blanches sur la face infrieure.5 cm, groupes par 2, lgrement vrilles.Caduques, ce qui donne des teintes varies.

Solitaires sur la pousse de l'anne, en bouquet sur les pousses anciennes.

cnesDresss la floraison, puis

pendants, cylindriques. Tombent entiers sur le sol.5 10 cm, pendants,

3 languettes.

Tombent entiers sur le sol.Les cnes de 1 an sur le bourgeon terminal, puis ceux de 2 ans et, enfin, les plus vieux.2 4 cm, ovodes, dresss.

portBranches tales la base, redresses leur extrmit.Conique, branches assez horizontales, redresses au sommet.Conique quand il est jeune, puis houppier clair et tal.Cime trs claires, branches horizontales ou pendantes.

Tableau 2-2 : caractristiques de quelques rsineux.03/11/07 2-3

Figure 2-1: pica

Figure 2-2: pin de Douglas

Figure 2-3: pin sylvestre

Figure 2-4: mlze d'Europe2.2 Constitution du bois

Au niveau microscopique, le bois est form d'un tissu poreux. En fait, il est constitu en grande partie d'air. C'est ce qui lui donne une faible conductivit thermique et lui confre la facult d'absorber ou de rejeter de l'humidit vers l'atmosphre dans laquelle il baigne.

Ce tissu est constitu de substances et de cavits cellulaires s'orientant de manire former des fibres. Les fibres constituent environ 50 % du matriau. Elles sont constitues de cellulose, trs hydrophile. La matrice enserrant et "collant" ces fibres est constitue en parts gales d'hmicellulose et de lignine. L'hmicellulose est un sucre et c'est lui qui attire la plupart des insectes (seules les termites peuvent digrer la cellulose).

Ses proprits sont donc fortement anisotropes, suivant l'orientation par rapport aux fibres principales. En chaque point d'un tronc d'arbre, on distingue 3 axes d'orientations principaux ainsi que 3 coupes possibles perpendiculairement ces axes, voir Figure 2-5. L'axe longitudinal joue le rle le plus important car les fibres sont essentiellement orientes dans ce sens. On distinguera donc presque toujours entre proprits parallles aux fibres et proprits perpendiculaires aux fibres. Les diffrences entre les deux autres axes sont moins flagrantes mais, dans certains cas, il faudra nanmoins diffrencier entre sens radial et sens tangentiel.

Figure 2-5: coupes et axes dans un troncLe tissu est galement htrogne. Deux types d'htrognit existent au niveau macroscopique, plus ou moins fortement marques suivant les espces.

Chaque anne, une nouvelle couche de bois vient s'ajouter extrieurement celles dj existantes. Chaque cerne annuel est form de deux couches entre lesquelles existe une transition progressive, celle forme du bois de printemps et celle du bois d't. La transition entre le bois d't d'une anne et le bois de printemps de l'anne suivante est plus marque et permet la dtermination de l'ge de l'arbre d'aprs l'observation d'une coupe transversale. L'htrognit entre bois de printemps et d't est surtout marque chez les rsineux.

En partant du cur vers l'extrieur du tronc, on rencontre successivement:

la moelle, ou bois juvnile, partie de faible diamtre plus colore avec milieu vide ou rempli d'un tissu spongieux;

le bois parfait, form de cellules vieillies et qui forme le bois d'uvre par excellence.On l'appelle aussi duramen lorsqu'on peut le distinguer visuellement de l'aubier (comme dans le chne, le chtaignier, le pin sylvestre et le pin maritime, ce n'est pas le cas pour les sapins et les picas). Les chemins de circulation de la sve sont bouchs par des sels minraux et mtalliques, les tanins, qui confrent cette partie une certaine rsistance aux insectes larves xylophages;

l'aubier, bois plus jeune dans lequel remonte la sve (donc impropre la plupart des

utilisations) dont une couche se transforme chaque anne en bois parfait;

le cambium, couche de bois en phase de transformation, l'aubier vers l'intrieur et le liber vers l'extrieur;

le liber, couche trs poreuse dans laquelle redescend la sve labore et qui est la base de l'corce;

et l'corce.2.3 Proprits principales du bois

2.3.1 L'humidit relativeCelle-ci est dfinie comme la masse d'eau prsente dans le bois exprime en pourcentage de sa masse anhydre. Cette dernire est obtenue, par exemple, aprs schage l'tuve 100C ou plus jusqu' poids constant.

w = 100 mw msms

(2-1)

avecmw masse d'un chantillon dans l'tat quantifier, ms masse du mme chantillon aprs schage.

Cette proprit mrite d'tre cite en premier lieu car presque toutes les autres proprits en dpendent. C'est pourquoi il est essentiel de rapporter ces proprits un degr d'humidit de rfrence, par exemple 15% souvent retenu anciennement. L'Eurocode

5 [2.2] considre en fait comme situation de rfrence l'tat d'quilibre atteint une temprature de 20C et une humidit relative de l'air de 65%, ce qui correspondrait plutt une humidit du bois de 12%.

Il ne faut pas confondre l'humidit relative du bois, appele parfois simplement "humidit", avec son humidit d'quilibre qui est l'humidit laquelle le bois ne perd ni ne reprend d'eau l'air ambiant. L'humidit d'quilibre du bois dpend bien entendu de l'humidit relative et de la temprature de l'air, donc des conditions d'utilisation, voir Figure 2-6. Il est important de savoir quelle est l'humidit du bois avant sa mise en uvre par rapport ce que pourra tre son humidit d'quilibre, tat vers lequel il va tendre progressivement. Il existe des appareils permettant de mesurer l'humidit du bois sur chantier sur base de la rsistivit lectrique du bois. Ces appareils donnent des valeurs moins prcises que les mesures en laboratoire. On ne saurait cependant trop insister sur l'importance fondamentale de cet outil pour l'architecte. Son utilisation permet un contrle

de l'humidit, c'est--dire un contrle de la qualit du matriau, qui peut viter des dsagrments importants. Au-del des valeurs quantitatives qu'elle fournit, l'utilisation de cet appareil signifie que l'architecte garde bien l'esprit toute la problmatique de l'humidit dans le bois.

Figure 2-6: quilibre hygroscopique du bois en extrieur2.3.2 RetraitLes dimensions du bois varient en fonction de son humidit. On peut observer un retrait ou un gonflement suivant le sens de la variation d'humidit. Les bois denses et durs ont gnralement un retrait plus fort que les bois lgers et tendres.

L'anisotropie se manifeste fortement dans le phnomne de retrait : les variations de longueur sont beaucoup plus faibles dans le sens des fibres que dans les deux autres sens et le retrait tangentiel est de l'ordre du double ou du triple du retrait radial.

On peut retenir les valeurs suivantes comme coefficient de retrait linaire par pour- cent d'humidit du bois :

Sens axial 1 10-4Sens radial 20 10-4Sens tangentiel 40 60 10-4On note toutefois que les dimensions ne varient plus lorsque l'humidit du bois atteint et dpasse 30% parce que, au-del, l'eau additionnelle ne s'intgre plus aux parois des cellules mais remplit simplement les cavits disponibles.

On peut ainsi calculer que si des planches de 2 mtres de long et de 9 cm de large sont livres avec un taux d'humidit suprieur de 5% du poids sec ce que sera son humidit d'quilibre, chaque planche va se raccourcir de 1 mm mais, plus important, sa largeur peut diminuer de 2 mm si elle a t scie sur dosse*. C'est ce qui explique que les planchers en bois sont en gnral pos initialement avec le minimum de clous, puis

resserrs et clous dfinitivement aprs une priode de 1 2 ans pendant laquelle le matriau a pu voluer vers son humidit d'quilibre.

A l'inverse, des lments de parquet trop bien schs et mis en place dans un local assez humide peuvent avoir tendance se dilater, ce qui peut gnrer des efforts suffisants pour cisailler les maonneries contre lesquelles ils viennent en bute.

Les dformations transversales du bois peuvent videmment jouer un rle fondamental dans le comportement de certains assemblages et il y a lieu d'en tenir compte.

La diffrence de retrait entre sens radial et sens transversal explique pourquoi les planches scies sur dosse* peuvent se dformer plus que les planches scies sur quartier*, voir Figure 2-7.

Figure 2-7: dformations de retrait des planchesCette diffrence est aussi l'origine des importantes fissures longitudinales que l'on observe dans les bois ronds et dans les poutres massives, voir Figure 2-8.

Figure 2-8: fissures radiales de retrait2.3.3 Dilatation thermiqueLe coefficient de dilatation thermique du bois est de l'ordre de 5 10-6 dans le sens axial et de 50 10-6 perpendiculairement aux fibres. Pour une variation de temprature de

20C, on obtient une variation relative de longueur de 1 10-4 et une variation transversale de 10 10-4, valeurs qui seraient obtenues ou mme dpasse pour une variation d'humidit de 1%. Comme, en plus, les variations thermiques sont gnralement de sens contraire au retrait, on n'en tient habituellement pas compte.

Lorsque le bois est combin d'autres matriaux pour former des lments mixtes, bois acier par exemple, il peut alors devenir ncessaire de tenir compte des coefficients de dilatation thermique diffrents.

2.3.4 Masse volumiqueLa masse volumique relle du matriau bois (c'est--dire des parois cellulaires) est pratiquement la mme pour toutes les espces et vaut environ 1 500 kg/m. Cependant, la masse volumique apparente varie fortement d'une espce l'autre, depuis moins de 200 kg/m pour le balsa jusqu' plus de 1 100 kg/m pour l'bne. Cela explique videment la corrlation observe entre la masse volumique et les proprits mcaniques.

Les rsineux les plus employs dans la construction ont une masse volumique comprise entre 400 et 550 kg/m, tandis que les feuillus sont un peu plus lourds, entre 600 et 700 kg/m. Cela reste malgr tout trs lger compar au bton arm, 2 500 kg/m, ou l'acier, 7 850 kg/m. Le tableau 2-3 reprend quelques valeurs moyennes pour certaines espces importantes.

EspceMasse volumique

Kg/m

Epica450

Pin sylvestre550

Chne750

Tableau 2-3 : Quelques valeurs caractristiques

La masse volumique varie, au sein d'une mme espce, d'un lot l'autre, ce qui constitue un moyen efficace de contrle non destructif puisque les caractristiques de rsistance sont meilleures lorsque la masse volumique est plus importante.

La masse volumique varie galement, au sein d'un mme lot, avec l'humidit relative.

2.3.5 Rsistance la compressionComme pour toutes les proprits mcaniques, la dispersion des rsultats obtenus est importante (30 40%), mme entre chantillons d'un mme lot. Cela s'explique par le fait que les diffrentes couches de bois ont t formes des annes d'cart, dans des conditions climatiques diffrentes. L'influence des dfauts locaux, comme les nuds, joue galement un rle important.

Les rsistances mcaniques sont maximums pour les bois anhydres. Quand l'humidit crot, elles diminuent linairement jusqu'au point de saturation raison de 4% par pour-cent d'humidit pour la compression. C'est pourquoi les rsistances caractristiques sont toujours donnes pour une valeur de rfrence du degr d'humidit, soit 15% ou, suivant l'Eurocode 5, l'humidit d'quilibre obtenue pour une temprature de

20C et une humidit relative de l'air de 65%.

La rsistance la compression est trs diffrente suivant qu'il s'agira de compression parallle ou perpendiculaire aux fibres. Le mode de ruine est d'ailleurs fondamentalement diffrent : crasement des fibres si l'effort leur est perpendiculaire, dcollement des fibres puis flambement individuel de celles-ci si l'effort leur est parallle. La formule de Hankinson, quation 2-2, permet de calculer la rsistance ultime pour un angle quelconque fait entre l'effort et les fibres. Elle s'crit de la manire suivante :

f =

f sin 2

f 0 f90

+ f90

cos 2

(2-2)

Si on notef ' =

=

ff90

, le rapport entre la rsistance suivant un angle et la rsistance parallle,

0

, le rapport entre rsistance perpendiculaire et rsistance parallle,

0

alors la formule de Hankinson peut s'crire la manire de l'quation 2-3 qui se prte mieux une expression graphique.

f ' =

sin 2

+ cos 2

(2-3)

Exemple d'utilisation.Si f0 = 45 MPa et f90 = 9 MPa, alors = 9 / 45 = 0.20 et on utilise la troisime courbe de la

Figure 2-9, celle avec des carrs noirs. Si l'angle est de 50 par rapport aux fibres, on lit sur la courbe f' = 0.30 , donc f = 0.30 45 = 13.5 MPa.

L'utilisation de l'quation 2-2 ou 2-3 donne le rsultat exact de 13.44 MPa.

On peut voir sur la Figure 2-9 qu'une dviation infrieure 5 degrs peut tre nglige car la perte de rsistance affrente est trs faible. Pour des angles suprieurs, par

contre, la chute de rsistance est rapide et on atteint quasiment la rsistance perpendiculaire pour des angles de 60 degrs ou plus.

10.90.80.70.60.5

= 0.30 = 0.25 = 0.20 = 0.15

0.40.30.20.100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 = angle entre force et fibres []Figure 2-9: formule de HankinsonLa compression localise est une sollicitation que lon rencontre souvent et qui donne lieu une rsistance suprieure la rsistance perpendiculaire aux fibres si on divise l'effort de rupture par la surface de contact, voir Figure 2-10. Selon l'Eurocode, condition que la zone de dbordement dans le sens des fibres ('a' sur la Figure 2-10) vaille au moins

100 mm de chaque cot de la surface de contact, on peut considrer que la rsistance vaut

1.8 fois la rsistance la compression transversale classique si la largeur de la zone charge ('l' sur la Figure 2-10) ne dpasse pas 15 mm. Pour 'l' dpassant 150 mm, il n'y a pas d'accroissement car la zone charge n'est plus suffisamment localise.

Figure 2-10: compression localise2.3.6 Rsistance la tractionLa rsistance ultime en traction axiale du bois parfait vaut 2 3 fois la rsistance en compression dans le sens des fibres car les celles-ci ne tendent ni s'carter ni flamber individuellement. En pratique, cependant, il est difficile de tirer parti de la pleine rsistance en traction, cause des dfauts locaux et des difficults d'assemblage.

La rsistance la traction transversale est une des rares proprits mcaniques qui n'est pas lie la densit du matriau car elle ne dpend pas de la qualit des fibres. La rupture se produit par dcollement entre fibres ce qui la rapproche plus d'une rupture par clivage. Sa valeur ne vaut gure plus de 5% de la rsistance la compression.

2.3.7 Rsistance au cisaillementLa rsistance au cisaillement a une grande importance pratique pour l'tude des assemblages et de la rsistance l'effort tranchant des pices flchies. Elle varie largement avec la direction de l'effort par rapport aux fibres mais, en pratique, on ne considre que le cisaillement longitudinal qui est susceptible d'amener la rupture par fendage paralllement aux fibres. Le principe de rciprocit des contraintes tangentielles indique que ces plans sont les plus critiques. Elle vaut environ 10% de la rsistance la compression.

2.3.8 Rsistance aux chocsEn gnral trs bonne, sauf pour les espces trs rsineuses qu'il faut viter, entre autres, pour des planchers de service et des passerelles o peuvent circuler des ouvriers.

2.3.9 Coefficients d'lasticitA cause de l'anisotropie, il faut distinguer diffrents modules d'lasticit et diffrents coefficients de Poisson. On peut retenir comme ordre de grandeur

12 000 MPa pour le module longitudinal,

1 200 MPa pour le module radial,

6 000 MPa pour le module tangentiel, 0,90

90,0

= 0.45 0.50

= 0.02 0.08

Les deux dernires lignes relatives au coefficient de Poisson traduisent le fait qu'une compression longitudinale entrane un fort gonflement latral (presque incompressible, = 0.50) tandis qu'une compression transversale n'a que peu d'influence sur l'allongement longitudinal.

2.3.10 Diagramme contrainte - dformationEn traction, le comportement du bois est linaire lastique jusqu' la rupture et celle-ci prsente un caractre fragile, voir Figure 2-11. En compression, on note une certaine non-linarit mais le domaine plastique n'est pas trs tendu. La rupture ne donne pas lieu de trs grands allongements et il n'y a pas de branche descendante aprs la contrainte de rupture.

compressiontractionFigure 2-11: diagramme contrainte-dformation2.3.11 Dformations diffres : fluageEn traction axiale, on ne constate pratiquement pas de fluage. En compression, par contre, on observe une augmentation de la dformation, mme sous contraintes de service. Le fluage est favoris par des teneurs en eau leves. En flexion, tat qui mobilise aussi bien de la traction que de la compression, on peut considrer qu'une poutre soumise de manire permanente sa charge de service voit sa dforme augmente de 50 % aprs un mois et que la flche atteint aprs quelques mois le double de la flche instantane.

2.3.12 Rsistance aux agressions chimiquesElle est bonne, en tout cas meilleure que celle du bton et, surtout, que celle de l'acier. Attention au contact bois mtal qui donne lieu des taches de coloration pour certaines essences, le chne notamment. Il faut alors galvaniser les pices d'assemblage chaud, voire utiliser de l'acier inoxydable.

2.4 Classement du bois

Le bois prsente de grandes variations de qualit, non seulement d'une essence l'autre, mais aussi d'un arbre l'autre en fonction de la localisation et des conditions climatiques de chaque arbre. La variabilit existe galement au sein d'un mme arbre, cause de la prsence des nuds et autres dfauts rpartis de manire non homogne, mais aussi cause des manires diffrentes dont chaque planche ou poutre a t scie (sur quartier ou sur dosse, par exemple, voir Figure 2-7).

La variabilit est la plus grande pour les plus petites sections car celles-ci sont fortement influences par l'ventuelle prsence d'un dfaut local. A l'inverse, une pice de section infiniment grande verrait ses proprits tendre vers une espce de valeur moyenne.

On observe galement que la variabilit est plus grande dans les pices quarries car l'influence des nuds peut tre exacerbe lorsque les fils du bois sont coups lors du

sciage tandis que, dans les bois ronds, la nature continue des fils qui contournent chaque dfaut en attnue l'influence.

Du fait de cette variabilit, mme en se limitant des pices d'une seule essence (ce qui est facile) et provenant d'une mme plantation (ce qui l'est dj moins), on peut obtenir des lots au sein des desquels les pices les plus rsistantes sont 10 fois plus fortes que les pices les plus faibles sans pouvoir, pour autant, tirer parti de la rsistance de ces lments. Les mthodes modernes de dimensionnement se basent en effet sur des valeurs caractristiques des proprits, et non plus sur des valeurs moyennes, ce qui pnalise les produits forte variabilit. Si on suppose l'existence d'un lot dont la distribution est reprsente sur la Figure 2-12 par la courbe "non class", sa valeur moyenne est de 10.50, mais sa valeur caractristique 5 % n'est que de 5.50.

non class classe 1 classe 2classe 30 5 10 15 20 25 30

RsistanceFigure 2-12: principe du classementSi, par un moyen appropri, on arrive trier les diffrentes pices du lot en trois lots diffrents reprsentant chacun 25, 50 et 25 % de la population totale, on obtient 3 lots dont la valeur caractristique est, respectivement, de 5, 7 et 11. Les valeurs moyennes, moins intressantes du point de vue du dimensionnement, sont, pour les 3 lots, de 7.50,

10.50 et 14.50.

Bien entendu, il n'est pas possible d'effectuer un classement parfait qui rsulterait en classes bien distinctes, sans aucun chevauchement, sauf effectuer un contrle destructif (ce qui n'a gure de sens). Il faut essayer d'estimer la rsistance de chaque pice par l'observation d'autres grandeurs ou variables que l'on sait tre plus ou moins bien corrles la rsistance. Il existe deux grands types de mthodes de classement.

Le classement visuel.Le classement est bas sur un examen visuel des pices. Les observations portent essentiellement sur l'un ou l'autre des paramtres suivants, le plus souvent en combinaison: les nuds (nombre, diamtre, parfois position), la pente du fil, les fentes, le bois de raction, les attaques d'insectes ou de champignons, les dformations gomtriques, les

endommagements mcaniques et la largeur des cernes d'accroissement, voir Figure 2-13, des cernes plus serrs tant signe d'une densit, et donc d'une rsistance, plus leve. Du fait que ces mthodes ont t dveloppes sparment un peu partout dans le monde, chacune en fonction des besoins locaux, il existe une grande diversit de mthodes, de nombres de classes et de limites de classe.

Figure 2-13: diffrences de largeur de cerneLes avantages de ce type de classement sont sa rapidit, environ de 2 4 secondes par pice en scierie, et un investissement nul. De plus, dans une structure existante, il est toujours possible d'estimer la rsistance sur base d'apprciations visuelles.

Au niveau des inconvnients, il faut bien constater que ces mthodes ne sont pas trs discriminantes, car elles se basent sur un nombre limit de caractristiques et n'ont pas accs des grandeurs qui sont fortement corrles la rsistance, ni trs objectives, car chaque dcision de classement revient un individu.

Le classement par machine.L'utilisation de machines limine le facteur humain, source de variabilit. Le plus intressant est de donner accs des paramtres assez bien corrls la rsistance mais que l'il ne peut apprhender. Parmi les plus employs, citons la masse volumique, la vitesse de propagation des ondes ultrasoniques et la rigidit flexionnelle. Cette rigidit peut tre obtenue par un essai de flexion statique ou par la frquence propre de vibration.

Plus on intgre de paramtres dans une mthode de classement, plus celle-ci a de chances d'tre prcise. Grce des techniques numriques d'analyse d'images, on peut mme combiner des mesures de rigidit des caractristiques qui, auparavant, taient estimes par l'tre humain, comme la prsence de nuds.

En Europe, la norme EN 338 dfinit diffrentes classes que l'on peut rsumer par les deux tableaux suivants, l'un tabli pour les essences rsineuses et le peuplier, l'autre

pour les essences feuillues. Chaque classe est dfinie par les valeurs minimums que doivent avoir les valeurs caractristiques de diverses proprits. Le numro de chaque classe rappelle la rsistance caractristique en flexion, fm,k .

Le peuplier, de plus en plus utilis en structure, est repris dans la mme classification que les rsineux car la manire dont la rsistance varie en fonction de la masse volumique est plus proche de celle des rsineux que des feuillus.

Utilisation typeemballageCharpenteHaute performance

C14C16C18C22C24C27C30C35C40

fm,k141618222427303540N/mm

ft,0,k81011131416182124N/mm

ft,90,k0.30.30.30.30.40.40.40.40.4N/mm

fc,0,k161718202122232526N/mm

fc,90,k4.34.64.85.15.35.65.76.06.3N/mm

f,k1.71.82.02.42.52.83.03.43.8N/mm

E0,moyen700080009000100001100012000120001300014000N/mm

E0,05470054006000670074008000800087009400N/mm

E90,moyen230270300330370400400430470N/mm

Gmoyen440500560630690750750810880N/mm

km290

350310

370320

380340

410350

420370

450380

460400

480420

500Kg/m

Kg/m

Tableau 2.4 : classes de rsistance pour rsineux et peuplier.D30D35D40D50D60D70

fm,k303540506070N/mm

ft,0,k182124303642N/mm

ft,90,k0.60.60.60.60.70.9N/mm

fc,0,k232526293234N/mm

fc,90,k8.08.48.89.710.513.5N/mm

f,k3.03.43.84.65.36.0N/mm

E0,moyen10 00010 00011 00014 00017 00020 000N/mm

E0,058 0008 7009 40011 80014 30016 800N/mm

E90,moyen6406907509301 1301 330N/mm

Gmoyen6006507008801 0601 250N/mm

km530

640560

670590

700650

780700

840900

1080kg/m kg/m

Tableau 2.5 : classes de rsistance pour feuillus.

CHAPITRE 3LE BOIS D'UVRE DANS LA CONSTRUCTIONPrsentation de diverses mthodes de mise en uvre du bois3.1 Le bois rond

La forme la plus simple du bois dans la construction est le bois rond. Il est constitu directement partir de troncs ou de branches rectilignes dont on a enlev l'corce et que l'on a faonns pour obtenir une forme cylindrique. Il revt une certaine importance conomique pour le producteur qui y trouve une manire de valoriser les bois d'claircie, de section trop faible pour tre dbits en bois sci.

Le bois rond est utilis dans un grand nombre de structures trs diverses, surtout extrieures : les poteaux tlphoniques ou lectriques, les jeux d'enfants, les murs antibruit ou de soutnement, les ponts et les tours. Des habitations en rondins et madriers constituaient le type de construction traditionnelle certaines poques, mais celles-ci sont un peu rvolues, voir chapitre 7.

Le bois rond est celui qui requiert le moins d'opration mcanique pour son laboration. Comme un nombre minimum de fibres sont coupes lors du faonnage, il prsente moins de variabilit dans ses proprits de rsistance. La forme circulaire convient particulirement bien pour la reprise des sollicitations axiales. C'est aussi celle qui prsente la plus faible surface spcifique expose aux attaques extrieures.

Cette forme est par contre moins approprie pour la reprise des efforts de flexion. Les assemblages sont en gnral plus difficiles qu'avec d'autres formes car on ne dispose pas de surface plane. Le bois rond est particulirement sensible aux effets de la diffrence entre retrait tangentiel et retrait radial qui se manifestent sous la forme de fentes longitudinales, voir 2.3.2 et figure 2-8.

Au prix de quelques oprations assez simples, il est possible d'obtenir un produit un peu plus labor. On peut par exemple pratiquer des gorges de dcharges qui rduisent l'apparition des fentes longitudinales, voir Figure 3-1.

Figure 3-1: gorges de dchargeOn peut aussi conserver des bois lgrement coniques en sciant deux faces, voir

Figure 3-2, ce qui facilite en outre les assemblages.Figure 3-2: bois rond sci sur deux facesDes sections plus importantes scies en bois trois-quarts ronds ou quart ronds se prtent bien la constitution de poteaux, voir Figure 3-3.

Figure 3-3: poteaux base de bois rondsLes possibilits sont trs varies. Des bois ronds scis cur refendu, c'est--dire en demi-ronds, se prtent bien l'utilisation en tant que moise*. Les ronds scis sur deux faces peuvent constituer un plancher en bois massif lorsqu'ils sont disposs cte cte. La face suprieure demande cependant une finition supplmentaire. Celle-ci peut tre ralise par une chape de bton, ce qui offre la possibilit de constituer une dalle mixte bois-bton.

3.2 Le bois sci

La section en bois sci est l'une des plus utilises en construction bois. Les formes les plus courantes sont carres, pour servir de poteau, et rectangulaires, pour servir de poutre. Les gorges de dcharge permettent l'utilisation de fortes sections comprenant du bois de cur. A cause de la dimension des grumes* disponibles actuellement, la longueur est en gnral limite quelque 6, grand maximum 8 mtres. Il existe un certain nombre de sections standards disponibles facilement sur le march, voir Figure 3-4 pour les bois rsineux d'Europe. Il est aussi possible de commander des sections particulires, dites "sur liste", mais le cot en est souvent plus lev et, comme les pices que l'on reoit sont frachement scies, elles n'ont que le degr de schage de la grume dont elles ont t tires; il n'y a pas eu de schage complmentaires des pices scies.

100125150175200225

19

25

32

38

50

63

75

100

Sections prfrentielles Autres sectionsLongueurs: de 1.8 6.3 m, par 30 cm.

Figure 3-4: sections en mm pour un taux d'humidit de 20 %Des informations complmentaires sur l'utilisation de bois sci en tant que poutre sont prsentes au 7.2.1.

3.3 Le bois lamell coll

Les lments en bois lamell-coll, que nous dsignerons par BLC, permettent de s'affranchir des limites de dimension imposes par la taille des grumes disponibles. Les dimensions maximales ralisables sont en fait fonction du transport depuis l'usine vers le site d'utilisation. Des poutres droites de 60 m. de longueur ont dj t ralises. La hauteur peut atteindre jusqu' 2.5 m, et la largeur doit au moins tre gale 1/10 de la hauteur pour ne pas prsenter un trop grand risque de dversement.

Cette technique prsente galement le grand avantage de fournir un produit dont la variabilit est plus faible que celle du bois de base qui forme la section reconstitue, grce une dispersion et une homognisation des dfauts locaux.

FabricationLes lments de base sont des planches en rsineux d'une paisseur maximale de 50 mm et de 1.5 5 m. de longueur1. On utilise le plus souvent l'pica, mais le sapin, le pin sylvestre et le douglas se rencontrent aussi ou, moins couramment, le mlze, le pin maritime, voire l'iroko. Ces planches, pour pouvoir tre colles, sont sches jusqu' une humidit infrieure 15 % puis elles sont classes mcaniquement, voir 2.4. Les nuds d'extrmit sont limins pour garantir un aboutage* de bonne qualit. Les parties contenant des flaches* sont limines.

Les planches sont aboutes l'aide de joints colls sous pression entures* multiples (le bois de bout ne peut pas tre coll) pour former des lamelles continues, voir Figure 3-5. La rsistance des aboutages doit tre suprieure la rsistance en flexion de la poutre raliser.

1 Epaisseur des lamelles de 45 mm pour des largeurs de 9, 11.5, 14, 16, et 18.5 cm ; paisseur de 34 mm pour une largeur de 21 cm.

Figure 3-5: principe du joint entures multiplesLes lamelles sont ensuite rabotes sur leurs faces suprieure et infrieure, encolles, empiles de manire obtenir la section dsire, et presses durant plusieurs heures pour former des poutres qui peuvent tre droites ou courbes. Si toutes les lamelles sont de la mme classe de rsistance, la poutre est homogne. Il est cependant possible, et plus rationnel, pour les poutres travaillant en flexion d'utiliser des lamelles de classe de rsistance plus leve dans les zones les plus sollicites, c'est--dire aux parties hautes et basses de la section, et d'utiliser des lamelles moins rsistantes mi-hauteur. On obtient alors un bois lamell-coll panach.

Les poutres seront envoyes la finition o elles seront finalement rabotes latralement, traites et emballes. Si ncessaire, on y pratiquera galement les perages requis par les assemblages. La Figure 3-6 montre schmatiquement le principe de ralisation d'une poutre droite double dcroissance.

Figure 3-6: principe d'une poutre en lamell-collCette figure montre aussi que cette technique permet d'adapter la forme des pices, et donc la matire mettre en uvre, la forme du diagramme des moments.

Pour la fabrication de portique en BLC, il est possible de joindre des parties rectilignes, une colonne et une demi-poutre par exemple, l'aide d'aboutage par entures de grande dimension, voir Figure 3-7.

Figure 3-7: principe de l'enture grandes dimensionsClasses de rsistanceCinq classes de rsistance sont dfinies pour le BLC dans le projet de norme prEN 1194, voir tableau 3.1.

GL20GL24GL28GL32GL36

fm,g,k2024283236N/mm

ft,0,g,k1518212427N/mm

ft,90,g,k0.350.350.450.450.45N/mm

fc,0,g,k2124272931N/mm

fc,90,g,k5.05.56.06.06.3N/mm

f,g,k2.82.83.03.53.5N/mm

E0,moyen,g10 00011 00012 00013 50014 500N/mm

E0,05,g8 0008 8009 60010 80011 600N/mm

g,k360380410440480kg/m

Tableau 3.1 : classes de rsistance des bois lamells-colls.

On pourra prciser, par exemple, GL24h, pour un section homogne, ou GL24c pour une section panache, le nombre 24 se rfrant alors la classe des lamelles extrieures.

3.4 Les familles de panneaux

La ralisation de panneaux peut-tre considre, dans son principe, comme une extension du BLC. Alors que les lments en BLC sont linaires, de type poutre, les panneaux s'tendent sur deux dimensions principales ; ils sont de type plaque. Le principe de la constitution d'lments de grande dimension partir d'lments plus petits est ici pouss encore plus loin car les dimensions des constituants sont de l'ordre du millimtre. Il existe une trs grande varit de panneaux par leurs qualits, types, paisseurs,.. ce qui offre un grand nombre de possibilits d'utilisation mais oblige galement faire le bon choix de panneaux en fonction de l'usage particulier.

La stabilit dimensionnelle des panneaux est en gnral meilleure que celle du bois massif. Certains types de panneaux sont mme particulirement stables. Si l'paisseur n'est pas trop importante, il est possible de cintrer le panneau pour rpondre certaines contraintes architecturales. La mise en uvre de panneaux peut se faire par du personnel peu qualifi et permet malgr tout de raliser rapidement des structures lgres et soignes. La souplesse de leur mise en uvre permets de rorganiser aisment des espaces jugs peu attractifs ou dont on veut modifier l'affectation : division de pices trop grandes, rabaissement de plafond trop haut, etc. En raison des bonnes caractristiques thermiques du bois, les panneaux conviennent bien pour les habitations o ils contribuent rduire les dperditions calorifiques.

La durabilit des panneaux dpend de la durabilit naturelle de l'essence qui forme le matriau de base et il faut veiller viter les situations de forte humidit permanente. Pratiquement tous les panneaux ont tendance absorber l'humidit de manire relativement importante.

3.4.1 Les contre-plaqusLa division des gros dfauts en dfauts plus petits est particulirement bien ralise dans la fabrication du contre-plaqu. Les billes* de bois sont droules en placages* de 1

5 mm d'paisseur qui sont schs et dont on empile et colle ensuite plusieurs couches sous pression, en prenant soin d'orienter perpendiculairement le fil du bois d'une couche l'autre, voir Figure 3-8. Le nombre de plis* est en gnral impair. En Belgique, un contre- plaqu qui comporte au moins 5 plis et dont l'paisseur dpasse 12 mm est appel multiplis ou multiplex. Un panneau 3 plis est appel triplex.

Figure 3-8: principe de fabrication du contre-plaquLa structure fils croiss limite les variations dimensionnelles dans le plan et offre une protection du chant* dans toutes les directions, puisque au moins un pli aura toujours ses fils parallles au chant. En flexion plat, le matriau obtenu possde une certaine raideur et rsistance dans les deux sens de flexion perpendiculaire au plan. Ces proprits sont meilleures dans le sens de flexion qui mobilise les plis extrieurs. C'est surtout lorsqu'il travaille dans son plan, en flexion sur chant, que le contre-plaqu trouve sa meilleure utilisation. On le trouve ainsi dans les voiles, dans les panneaux qui assurent un contreventement, comme gousset d'assemblage, comme me mince de sections composes en caisson ou dans l'industrie aronautique.

3.4.2 Les panneaux de bois lamifis + parralam

Figure 3-9: principe de fabrication du lamiboisLes panneaux de bois lamifis, appels parfois lamibois ou encore LVL, sont constitus suivant un principe assez semblable celui du contre-plaqu, avec comme diffrence le fait que les placages sont colls fils parallles et qu'ils sont produits dans des dimensions commerciales plus grandes, jusqu' une vingtaine de mtres. On obtient ainsi des panneaux extrmement rsistants, mme si les joints de chaque pli sont simplement poss bout bout, de manire dcale afin de minimiser la perte de rsistance qu'ils occasionnent. Parfois, surtout dans les panneaux de grande largeur, on insre une couche dispose dans l'autre sens pour amliorer la stabilit.

Les noms commerciaux les plus couramment rencontrs pour ce type de produit sont Micro-Lam (en Amrique) et Kerto (en Europe).

Le bois lamifi peut tre utilis en association avec du BLC ou du bois sci pour la fabrication de poutres, voir Figure 3-10, de barres ou de panneaux.

Figure 3-10: association du lamibois avec bois sci ou BLCLe Parallam est fabriqu au dpart des mmes lments que le lamibois, c'est-- dire des placages minces. On utilise ici les placages obtenus lors des couches externes de la bille de bois qui, cause de leurs dimensions irrgulires, ne peuvent tre utilis pour le lamibois. Ces placages sont ensuite dcoups paralllement au fil du bois en fines lamelles de 3 mm d'paisseur et de 2,4 mtre de longueur. Les lamelles, enduites d'un adhsif aux proprits hydrofuges, sont introduites dans une presse en continu qui sort une section rectangulaire d'environ 30 x 50 cm. Aprs ponage, l'lment produit est dbit en section plus petites et aux longueurs voulues. Les formes produites sont plutt celles de poutres, jusqu' 285 480 mm de section, ou de poteaux, jusqu' 180 180 mm. En ce sens, il s'agirait plutt d'un type particulier de lamell coll et on aurait pu l'introduire au 3.3. On a prfr l'introduire ici par cohrence avec le processus de fabrication.

Ce produit prsente une capacit de rsistance jusqu' deux fois suprieure celle du bois d'uvre ordinaire ainsi qu'une grande stabilit dimensionnelle. Il est utilis aussi bien comme poutre, comme linteau, que comme poteau. On peut aussi assembler des lments pour raliser de grands treillis.

Figure 3-11: principe de fabrication du parralam

03/11/07 3-10

3.4.3 Les panneaux de fibres et de particulesLa logique de dcomposition - recomposition applique pour le BLC, avec des lamelles d'environ 50 mm, et pour le contre-plaqu ou le lamibois, avec des placages de quelques millimtres, peut tre pousse encore plus loin avec les panneaux de particules ou, encore plus loin, avec les panneaux de fibres. Dans la construction, on les utilise essentiellement en sous-toiture, dans les planchers, comme cloisons, revtement de plafonds.

Les panneaux raliss base d'une essence non durable et qui ne contiennent pas d'agent fongicide ne conviennent cependant pas pour des utilisations o l'humidit relative de l'air risque de dpasser 80% pendant plus de quelques semaines par an. Il faut donc, dans les btiments, veiller au contact direct avec l'humidit, mais aussi la condensation. En Belgique, les STS 04.6 dfinissent 3 types de panneaux destins la construction :

Le type A ne peut tre utilis que pour des applications non structurelles lorsqu'ils ne sont pas soumis des variations d'humidit. Ils conviennent donc trs bien pour des cloisons intrieures mais pas pour tre utiliss du ct vide d'un mur creux.

Le type B peut tre utilis pour des applications structurelles (en contreventement, par exemple) ou pour des applications non structurelles, ventuellement en prsence de variations d'humidit et de temprature, mais sans surcharge permanente d'humidit (dans les panneaux de toiture, par exemple).

Le type C est destin des applications non structurelles, sans gradients de temprature ou d'humidit, comme panneau de remplissage ou comme dalle de plafond, par exemple.

La colle utilise pour la fabrication des panneaux contient en gnral de la formaldhyde dont certaines quantits vont se retrouver dans l'atmosphre du fait d'une lente dcomposition au cours de la vie de la structure. On distingue ce propos deux catgories, la classe E1 et la classe E2 (suivant norme europenne).

On peut utiliser des panneaux de particules de la classe E1 non recouverts raison de

1.5 m de panneau par m de volume du local.

Pour les panneaux de la classe E2, il faut se limiter 1 m/m, sans quoi il faut appliquer une finition tanche l'air.

Par rapport ces limites, on notera que l'utilisation sans restriction est admise dans des locaux non habits et munis d'une ventilation forte comme des garages et des combles non habitables. Il faut, par contre, se fixer des limites plus contraignantes si les locaux sont destins tre habits par des personnes extrmement sensibles au formaldhyde.

Pour les panneaux de fibre, la matire premire est forme de bois de moindre qualit croissance rapide, de chutes de scieries, de coupes d'claircies, Celle-ci est fragmente, puis soumise la vapeur plus de 170C pour la ramollir avant de subir le dfibrage par meules rotatives. La pte ainsi obtenue est ensuite broye plus ou moins finement en fonction de la qualit dsire et on y ajoute l'adhsif. Le reste du processus peut mettre en uvre diverses techniques, voie humide (panneaux monocouche avec une face lisse et une face gaufre), mi-sche ou sche (possibilit de panneaux 3 couches), avec pour caractristiques communes la production de panneaux en continus, ncessitant un pressage et une prise la chaleur. On distingue

les softboards ( 400 kg/m), utiliss pour l'emballage, comme panneaux d'isolation thermique. Ils ne supportent pas l'humidit, sauf s'ils sont imprgns de bitume, auxquel cas ils peuvent tre utiliss dans les faades lgres comme barrire d'eau, assurant la protection et amliorant la protection thermique.

les MDF Medium Density Fibre Boards ( 600 850 kg/m), aux applications les plus diverses.

les hardboards ( 800 1100 kg/m), souvent revtus, utiliss dans l'industrie du meuble, comme panneaux de portes peindre.

Les harboards extra durs trouvent une application majeure comme panneaux de coffrage perdus car ils peuvent tre aisment cintrs.

Pour les panneaux de particules, on utilise aussi des rsidus de coupe ou de transformation dont la dsorganisation est limite au niveau de particules. Ces particules sont encolles et tales en plusieurs couches paralllement au plan du panneau. Les couches extrieures sont en gnral formes de particules plus fines, ce qui donne des faces lisses prtes peindre ou revtir, tandis que les couches mdianes peuvent tre constitues de particules plus grossires. Le produit est alors press plat et chaud. Pour la ralisation d'ventuels panneaux monocouches, on utilise des particules plus grossires.

Les panneaux OSB (Oriented Strand Board) sont constitus de particules qui ont la forme de plaquettes rectangulaires de 7 10 cm de long pour 1 5 mm de large et de moins d'un millimtre d'paisseur. Celles-ci sont orientes dans le sens longitudinal du panneau pour les couches extrieures et dans l'autre sens ou sans orientation particulire pour la ou les couches intrieures. On obtient ainsi des rsistances trs leves dans le sens d'orientation prfrentiel des plaquettes (au niveau de ses proprits mcaniques, l'OSB se situe entre le panneau de particule et le contre-plaqu). La rsistance l'humidit est galement meilleure que celle des panneaux de fibres ou de particules, ce qui fait que les panneaux OSB conviennent bien aux applications structurales dans la construction. Le formage de rainures et de languettes apporte des avantages lors de la ralisation de planchers car il offre une plus grande libert sur le positionnement par rapport aux solives et autorise d'en augmenter l'entre distance.

Figure 3-12: principe de fabrication de l'OSBLa norme EN 300 prvoit 4 classes d'OSB, de OSB1 OSB4:

OSB1 : applications non structurelles risque d'humidification exclu. OSB2 : applications structurelles risque d'humidification exclu. OSB3 : applications structurelles certaine rsistance l'humidit.

OSB4 : plus rsistant que OSB 3 plus rsistant l'humidit que OSB 3

En aucun cas l'OSB ne peut tre utilis pour des applications l'extrieur o il risque d'tre expos aux intempries.

Les panneaux gaufrs (Waferboard) sont, dans le principe, semblables aux panneaux OSB mais ils sont forms de plaquettes carres de 50 mm de ct. Ils prsentent donc des proprits semblables dans les deux directions.

Il existe un grand nombre de types plus spciaux qui sont cits ici pour mmoire : panneaux extruds avec liant base de rsine synthtique, panneaux de particules liant minral (bois-ciment), panneaux lgers en laine de bois, panneaux de coffrage (trs lisses, prsentant un faible gonflement et une bonne rsistance l'eau), les panneaux de particule ignifugs, les panneaux contre-plaqus blocs (une me forme de lattes de bois plaque sur chaque face d'une feuille contre-fil.

Pour plus d'informations sur tous les types de panneaux, leurs procds de constructions, leurs proprits et leurs domaines d'application, on pourra avantageusement consulter la brochure du C.F.B. [3-1].

CHAPITRE 4 - DIMENSIONNEMENTPrincipes de dimensionnement des lments en bois4.1 Principes gnraux

4.1.1 Calcul aux tats limitesLes codes de calcul modernes sont maintenant tous bass sur le principe de la vrification vis--vis des tats limites, les tats limites de service comme les tats limites ultimes. C'est bien entendu le cas de l'Eurocode 5 [2-1] qui servira de support principal ce chapitre.

Sans rappeler dans le dtail tous les aspects du calcul aux tats limites, enseigns

dans d'autres cours, rappelons simplement que son application pratique est base sur les mthodes semi-probabilistes. Les actions caractristiques, fournies le plus souvent dans des normes, sont multiplies par des coefficients partiels de scurit pour fournir les actions de calcul. Les rsistances caractristiques des matriaux correspondent aux valeurs qui n'ont qu'une faible probabilit de ne pas tre atteintes ; on parlera par exemple de fractile 5 %. Les rsistances caractristiques sont divises par des coefficients partiels de scurit pour fournir les rsistances de calcul. On peut vrifier que la probabilit de dpasser un tat limite est faible si on vrifie que les effets des actions de calcul sont infrieurs la rsistance, elle-mme calcule sur base des valeurs de calcul des proprits des matriaux.

Sd Rd

(4.1)

S (Fd )

R( f d ) (4.2)

S ( F

Fk )

R( f k

M )

(4.3)

Avec Sd sollicitation de calcul,

Rd rsistance de calcul,Fd action de calcul,fd rsistance de calcul,Fk action caractristique,fk rsistance caractristique,F coefficient partiel de scurit sur les actions,M coefficient partiel de scurit sur la rsistance.Les quations 4.1 4.3 rsument le principe du calcul aux tats limites appliqu selon la thorie semi-probabiliste de la scurit. En pratique, on distingue et on combine entre elles diffrentes actions, comme le poids propre et les charges variables, chacune affecte de son propre coefficient partiel de scurit.

L'Eurocode 5 recommande pour les coefficients partiels de scurit sur les rsistances les valeurs du tableau 4.1 ci-dessous.

Etats limites ultimesEtats limites de service

ou combinaison accidentelle

Bois massif1.301.0

Lamell coll1.251.0

LVL, contreplaqu, OSB, panneaux de particules et de fibres1.201.0

Autres produits base de bois1.301.0

Assemblages1.301.0

Connecteurs dent (pour la

vrification de la plaque)1.101.0

Tableau 4.1 : coefficients partiels de scurit pour les matriaux4.1.2 Calcul lastiqueSi on observe la forme du diagramme contrainte-dformation du bois, voir 2.3.10 et figure 2-10, on comprend qu'une pice soumise de la traction pure ne peut absolument pas voir sa contrainte atteindre la rsistance en traction du matriau, faute de quoi la rupture brutale et fragile de la pice surviendrait aussitt.

Il en est de mme en compression, si ce n'est que, pour des pices lances, la ruine de l'lment pourrait mme survenir avant que la contrainte de compression calcule n'atteigne la rsistance en compression, par suite des effets du second ordre pouvant conduire un flambement lastique. Il faudra donc aussi limiter la contrainte, en tenant compte de manire approprie du phnomne de flambement, voir 4.2.10.

Dans une pice flchie, il existe la fois des contraintes de traction et des contraintes de compression. A cause du manque de ductilit du matriau, marqu par

l'absence de plateau horizontal dans le diagramme - , la rupture de la section survientds qu'une des deux limites de rsistance est atteinte, soit en traction, soit en compression.Il n'est pas possible d'augmenter le moment flchissant au-del, comme ce serait par exemple le cas d'une section rectangulaire en acier lastique - parfaitement plastique pour laquelle le moment ultime correspondant la plastification totale vaut 1.5 fois le moment qui fait atteindre la limite lastique aux fibres extrmes.

Le dimensionnement des lments en bois doit donc se baser sur une analyse lastique, en limitant les contraintes un niveau requis. Pas question ici d'analyse plastique avec rotules internes et redistribution des sollicitations. Une expression plus prcise de l'quation symbolique 4.3 pourrait donc s'crire de la manire suivante :

max ( F

Fk )

f k M

(4.4)

avec max contrainte maximale dans la structure.Si l'application exacte de l'quation 4.4 est trs simple en traction directe et encore assez facile en compression simple, sa mise en uvre rigoureuse est plus complexe pour la flexion. En toute rigueur, en effet, le calcul des contraintes dans une section flchie devrait tenir compte du caractre non linaire du comportement en compression du matriau. L'axe neutre ne se trouverait par exemple pas mi-hauteur dans une section rectangulaire. On pourrait alors comparer la contrainte maximale de compression la rsistance en compression, et la contrainte maximale de traction la rsistance en traction.

Pour viter cette complexit, le calcul des sections flchies en bois repose en fait sur une approximation. Si on dtermine par essais la charge de rupture en flexion d'une pice en bois, on peut toujours crire la relation suivante, semblable celle qui permet la dtermination de la contrainte maximale dans une section lastique :

MOR = M rW

(4.5)

avecMrmoment flchissant appliqu au moment de la rupture,

W MORmodule lastique de la section (bh/6 pour une section rectangulaire), module de rupture en flexion.

Le MOR a la dimension d'une contrainte, mme si, proprement parl, elle n'a pas de vraie signification physique. On ne peut, par exemple, pas dire quel endroit de la section la contrainte prsente rellement la valeur du MOR. C'est la contrainte maximale que l'on pourrait calculer la rupture si la section tait lastique. Pour simplifier le vocabulaire, on lui donne aussi le nom de rsistance en flexion, que l'on note fm , mme si cette appellation masque un peu le caractre fictif de cette grandeur. Ce concept de module de rupture explique le type de vrification effectue en flexion gauche, voir 4.2.6.

De la mme manire, on parle de module d'lasticit, MOE, pour dsigner la raideur du matriau que l'on peut dterminer d'un essai de flexion en supposant un comportement lastique semblable en compression et en traction. Lors des calculs pratiques, on dsigne le MOE par E et on applique les mthodes lastiques.

4.1.3 Effets de l'humidit et du fluageHumiditOn a signal au 2.3.1 que les proprits de rsistance du bois sont affectes par l'humidit. Lors d'un calcul pratique, il importe donc de modifier les valeurs des rsistances qui ont t dtermines dans des conditions standard d'humidit si on peut penser que les conditions d'humidit auxquelles la pice sera rellement soumise seront diffrentes des conditions standard.

L'Eurocode 5 dfinit ainsi 3 classes de service, dfinies par les conditions ambiantes ou par l'humidit du bois.

La classe de service 1 est caractrise par une humidit dans le matriau qui correspond une temprature de 20C et une humidit relative de l'air ambiant ne dpassant 65 % que

quelques semaines par an. Pour la plupart des bois rsineux, cela correspond une humidit d'quilibre infrieure ou gale 12 %.

La classe de service 2 est caractrise par une humidit dans le matriau qui correspond une temprature de 20C et une humidit relative de l'air ambiant ne dpassant 85 % que quelques semaines par an. Pour la plupart des bois rsineux, cela correspond une humidit d'quilibre infrieure ou gale 20 %.

La classe de service 3 est caractrise par des conditions conduisant une humidit plus leve qu'en classe 2. Ce n'est le cas pour des structures abrites que dans des cas exceptionnels. Au sein de la classe de service 3 se retrouvent les classes de risque 3, 4 et 5.

Les tableaux 4.2.a et 4.2.b, extraits de [4-1], donnent quelques utilisations types, avec les classes de risque correspondantes.

Conditions d'exposition Exemples Classe de risque

Atmosphre toujours sche

Humidit du bois toujours infrieure 18%Charpentes traditionnelles Fermettes industrielles DptsGymnases1(*)ou2(**)

Atmosphre humide (piscine, par. ex.)

Avec drainage et vacuation.Ambiance bien ventile (pas de risque de condensation)PoutresPannes horizontales(***) Solives sur V.V. > 40 cm2

Ambiance mal ventile(risque de condensation)Pannes, poutresAutres pices et arcSolives sur V.V. mal ventils3

Risque d'accumulation d'eau(assemblages, encastrements)Liaisons arc-pannes Pieds encastrs Sablires basses4

Ouvrages soumis aux projections d'eau

Avec drainage et vacuation. Ambiance bien ventile (projections occasionnelles)Pieds d'arcs3

Avec risque d'accumulation(projections frquentes)Sablires bassesPieds encastrs ou fortement exposs4

(*) 1 si transport, stockage et chantier l'abri ou si lasure insecticide et rsistante au dlavage. (**) 2 sinon.(***) Sauf sous-toiture mal isole : classe 3.

Tableau 4.2.a : classes de service pour charpentes en intrieurConditions d'expositionExemplesClasse de risque

Toujours l'abri des intempries ou des projections (H toujours < 18%)

Climat temprSous-faces d'auventsPices abrites par un dbord au moins gal leur hauteur2

Climat tropicalToutes pices3ou4

Exposition directe aux intempries

Avec drainage et vacuation. Ambiance bien ventile (projections occasionnelles)Pieds d'arcs extrieurs (*) Poteaux isols du sol3ou3 renforce

Tous les autres casTous ouvrages extrieurs4

(*) Sous rserve d'tude approprie de l'ancrage et des conditions d'coulement.

Tableau 4.2.b : classes de service pour charpentes en extrieurFluage

On a signal au 2.3.11 que les dformations du bois augmentent au cours dutemps. L'Eurocode 5 dfinit ainsi 5 classes de dure de charge, dfinies par la dure d'application d'une action rapporte la dure de vie de la structure. Celles-ci sont donnes au tableau 4.3. En fonction de la classe de dure de charge et de la classe de service, le tableau 4.4 donne pour diffrents types de matriaux la valeur du coefficient kdef qui est utilis pour calculer la partie diffre de la dformation. La dformation totale se calcule alors de la manire suivante :

u fin

= u inst

(1 +

k def )

(4.6)

avec 2 le facteur de combinaison pour les valeurs quasi-permanentes des actions. Il estpar exemple gal 1.0 pour les charges permanentes, gal 0.8 pour le stockage, gal 0.6pour les commerces et les lieux rassemblant du public, gal 0.3 pour les bureaux, les btiments dhabitation rsidentiels ou domestiques, gal 0.0 pour le vent.

Classe de dure de chargeOrdre de grandeur de la dure cumule de l'application d'une actionExemples d'actions

PermanentePlus de 10 ansPoids propre

Long terme6 mois 10 ansStockage

Moyen terme1 semaine 6 moisCharges d'exploitation

Court termeMoins d'une semaineNeige, vent

InstantaneAction accidentelle

Tableau 4.3 : classes de dure de chargeSi plusieurs charges agissent simultanment avec des dures dapplication diffrentes, on ajoute la part de la flche calcule pour chaque charge suivant lquation 4.6.

Coefficients kmodEn fait, la rsistance du bois est galement influence par la dure d'application des charges, les rsistances les plus fortes tant obtenues pour les dures les plus courtes. De manire pratique, l'Eurocode 5 transcrit l'influence de l'humidit et de la dure d'application des charges sur la rsistance travers le coefficient multiplicatif kmod appliqu aux rsistances. Le principe de vrification aux contraintes admissibles des lments en bois est donc finalement celui de l'quation 4.7.

max ( F

Fk )

f d =

k f kmod

(4.7)

fDes valeurs de kmod pour diffrentes classes de service et classes de dure sont donnes dans le tableau 4.4 ci-dessous.

Si plusieurs charges agissent simultanment avec des dures dapplication diffrentes, on utilise pour chaque cas de charge le coefficient kmod correspondant la charge qui a la dure dapplication la plus faible.

On verra en fait par la suite que, pour certaines sollicitations, il est permis d'augmenter la rsistance de calcul fd pour tenir compte d'un effet d'chelle lorsque la pice vrifier est de petite dimension, voir 4.2.1.

Kmod

MatriauClasse de service

123

Bois massif, lamell coll, LVL

Permanente Long terme Moyen terme Court terme

Instantane0,60

0,70

0,80

0,90

1,100,60

0,70

0,80

0,90

1,100,50

0,55

0,65

0,70

0,90

Contre-plaqus

Permanente Long terme Moyen terme Court terme

Instantane0,60

0,70

0,80

0,90

1,100,60

0,70

0,80

0,90

1,100,50

0,55

0,65

0,70

0,90

Panneaux de particules extra rsistant secP6 et humide P7OSB porteur humide OSB/3 et extra rsistant

humide OSB/4

Permanente Long terme Moyen terme Court terme

Instantane0.30

0.40

0.50

0.70

1,100.20

0.25

0.35

0.50

0,90-

-

-

-

-

Panneaux de particules porteur sec P4 et

humide P5OSB porteur sec OSB/2

Permanente Long terme Moyen terme Court terme

Instantane0.25

0.30

0.40

0.65

1,10-

-

-

-

--

-

-

-

-

Tableau 4.4 : valeurs de kmod03/11/07 4-7

Kdef

Matriau Classe de service

Classe de dure de charge123

Bois massif, PrEN 140810,600.802.00

Lamell coll, PrEN 140800.600.802.00

LVL, PrEN 124-aaa0.600,802.00

Contre-plaqus EN 636

Part 10.80--

Part 20,801.00-

Part 30.801.002.50

OSB, EN 300

OSB/22.25--

OSB/3, OSB/41.502.25-

Tableau 4.5 : valeurs de kdef pour actions semi-permanentesPour des matriaux mis en uvre un taux dhumidit proche de la saturation et destin scher sous charge, les valeurs de kdef donne dans le tableau 4.5 doivent tre augmentes de 1.0.

4.2 Formules de vrification

4.2.1 Effet dchelleLa rsistance en traction des bois massifs est dtermine pour une largeur en traction de

150 mm (plus grande dimension de la section). La rsistance en flexion est galement dtermine pour des sections de 150 mm de hauteur. Pour des pices de dimensions infrieures, la probabilit dy rencont