Initiation au calcul des structures en bois CB-71 (partie 1/5)

Caractéristiques du matériau

Constitution

Le bois est un matériau d’origine biologique comprenant :

  • des matières organiques (carbone, oxygène, hydrogène, azote) ;
  • des cendres ;
  • de l’eau.

Ces composants sont associés sous une forme fibreuse qui définit le squelette du matériau. Les fibres ont une dimension microscopique (longueur < 1mm, épaisseur inférieur à 1/50ème de mm). L’enchevêtrement des fibres constitue un tissu dont la trame principale est orientée parallèlement à l’axe de croissance de l’arbre. Les bois durs possèdent un tissu dense, les bois tendres un tissu lâche.

Les caractéristiques mécaniques du bois varient selon les différentes directions du tissu fibreux ; le matériau est donc «anisotrope».

Trois directions sont définies:

• sens radial (1);
• sens tangentiel (2);
• sens axial (3).

Coupe d’arbre

Il existe des milliers d’espèces botaniques. Chacune est identifiable par les structures de ses tissus et sa composition chimique. Ces espèces sont classées en 2 grands groupes: les feuillus et les résineux. Ces deux matériaux sont utilisés dans la construction. Les résineux sont constitués d’un seul type de cellules (les trachéides) qui constituent à la fois l’ossature porteuse et assurent la circulation de l’eau et des matières nutritives. Les feuillus sont constitués de plusieurs types de cellules, celles qui assurent la rigidité, celles qui distribuent l’eau comme des vaisseaux et celles qui contiennent les réserves nutritives.

Le bois est matériau naturel, c’est-à-dire qu’il présente des défauts, des petites imperfections de nature chimiques ou liées à l’abattage des arbres. La présence de gerces de séchage, l’apparition de nœuds ou de poches de sèves, la présence de micro-organismes sont autant de caractéristiques qui sont prises en compte au niveau de la sélection du matériau.

Noeud dans un élément de bois

 

Caractéristiques physiques

L’humidité

L’eau est présente dans le bois sous trois formes (comme dans le sol) :

  •  l’eau de constitution moléculaire ;
  •  l’eau liée en périphérie des cellules ;
  •  l’eau libre circulant entre les grains.

Répartition des différents types d’eau dans le bois

Toute variation sur l’eau liée entraîne des modifications dimensionnelles et des modifications des caractéristiques mécaniques.

Il est souvent fait référence dans les règles au degré d’humidité des bois (quantité d’eau contenue dans un bois par rapport à son poids sec).

Pour limiter les désordres il faut utiliser des bois dont le taux d’humidité sera aussi proche que possible du niveau ambiant dans lequel il sera exposé.

Tableau des taux d’humidité

 

Dilatation

La variation dimensionnelle du bois sous l’effet de la chaleur est de 0,05 % 10-4 environ dans la direction axiale 0,5 % 10-4 dans les directions radiales et tangentielles. Dans les travaux courants du bâtiment les effets de dilatation sont négligés.

Exemple

Rechercher les coefficients de dilatation du béton, de l’acier, et comparer les variations dimensionnelles pour  Δt = 30° d’une poutre de 10 M de long.

La formule pour calculer la dilatation du bois est :

Réponse

  •  Poutre en Acier : 3.6  mm
  •  Poutre en Béton : 3.0  mm
  •  Poutre en Bois : 0.15  mm

Masse volumique

Les masses volumiques sont évaluées pour H=15 %, elles peuvent varier entre 0,4 et 1 (voir supérieur à 1). Dans les calculs courants on prend:  ɣ = 0,5 ou 0,6 tonne/m3

Suite : initiation au calcul des structures en bois CB-71 (partie 2/5)

Crédit photo : meridahideaway @ Flickr
  • durand

    selon moi,
    la dilatation de la poutre bois de 10 m pour Dt = 30 ° vaut :
    0.5%x10-4 x 10m x 30° = 0.15 mm au lieu du 1 mm évoqué.

    la dilatation du bois est environ 20 fois moins importante que la dilatation de l’acier et du béton…

  • nelson

    En effet, l’article a été corrigé. Merci beaucoup !