Bois

Le bois dans la construction

Le bois est utilisé depuis des milliers d'années comme matériau de construction et reste aujourd'hui l'un des matériaux les plus utilisé, notamment en Amérique du Nord où la grande majorité des habitations sont construites en bois.

Ce matériau présente de nombreux avantages :

Le bois présente néanmoins l'inconvénient d'être sensible à l'humidité. Il est donc essentiel de préserver une faible humidité dans les éléments de construction, sans quoi le développement de moisissures et champignons ainsi que la prolifération d'insectes xylophages sont quasi-inévitables. Par ailleurs un bois trop humide verra ses caractéristiques mécaniques se détériorer rapidement. A noter cependant que certains bois exotiques d'Amérique du Sud tels que le Massaranduba ou l'Itauba présentent des résistances élevées à l'humidité (classe 5 au sens de la norme NF EN 335).

Dans un projet de construction il convient de sélectionner une essence de bois adaptée aux conditions environnementales. En Europe la durabilité et la préservation du bois sont des domaines bien couverts par la normalisation et la réglementation. Ainsi la norme NF EN 335 définit 5 classes de bois en fonction de l'emploi.

NF EN 335 - Classes d'emploi
Classe d'emploi Utilisation Risques biologiques
Classe 1 Bois secs en intérieur
Meubles, parquets, menuiseries intérieures...
- Insectes
- Termites
Classe 2 Bois secs en intérieur ou sous abris :
Charpentes, ossatures...
- Insectes
- Termites
- Champignons de surface
Classe 3 Bois en extérieur exposé aux intempéries, sans contact avec le sol
Éléments d'ossature exposés aux intempéries, bardage...
- Insectes
- Termites
- Pourritures
Classe 4 Bois en extérieur exposé aux intempéries, en contact avec le sol ou l'eau douce
Poteaux supports de lignes, pieux, piquets, glissières de sécurité...
- Insectes
- Termites
- Pourritures
Classe 5 Bois en contact avec l'eau de mer
Pilotis, pontons...
- Insectes
- Pourritures
- Ténébrants marins

Le bois est un matériau anisotrope : les résistances mécaniques sont maximales lorsque la sollicitation est orientée parallèlement à l’axe des fibres du bois et minimales lorsque la sollicitation est perpendiculaire aux fibres. A noter également que les propriétés mécaniques sont bien corrélées avec la densité du bois : plus la densité est élevée, meilleure est la résistance du bois.

La résistance d'une pièce en bois dépend de plusieurs facteurs, notamment du mode de sollicitation (traction, compression, flexion, ...), de l'inclinaison des sollicitations par rapport aux fibres (anisotropie), du degré d'humidité, de la durée du chargement et bien entendu de la nature du bois (essence et qualité).

Les caractéristiques de résistance du bois utilisées pour les calculs à l'Eurocode 5 sont données dans la norme NF EN 338. Celles-ci dépendent de la classe de résistance du bois dont la désignation commence par la lettre C pour les bois résineux et D pour les bois feuillus.

Notations :

NF EN 338 - Caractéristiques des bois massifs résineux
Désignation C14 C16 C18 C20 C22 C24 C27 C30 C35 C40 C45 C50
Contrainte de flexion : fm,k (MPa) 14 16 18 20 22 24 27 30 35 40 45 50
Contrainte de traction axiale : ft,0,k (MPa) 8 10 11 12 13 14 16 18 21 24 27 30
Contrainte de traction transversale : ft,90,k (MPa) 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
Contrainte de compression axiale : fc,0,k (MPa) 16 17 18 19 20 21 22 23 25 26 27 29
Contrainte de compression transversale : fc,90,k (MPa) 2.0 2.2 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3.1 3.2
Contrainte de cisaillement : fv,k (MPa) 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0
Module d'élasticité axiale : E0,mean (GPa) 7 8 9 9.5 10 11 11.5 12 13 14 15 16
Module d'élasticité caractéristique : E0,05 (GPa) 4.7 5.4 6.0 6.4 6.7 7.4 7.7 8.0 8.7 9.4 10.0 10.7
Module d'élasticité transversale : E90,mean (GPa) 0.23 0.27 0.30 0.32 0.33 0.37 0.38 0.40 0.43 0.47 0.50 0.53
Module moyen de cisaillement : Gmean (GPa) 0.44 0.50 0.56 0.59 0.63 0.69 0.72 0.75 0.81 0.88 0.94 1.00
Masse volumique caractéristique : ρk (kg/m³) 290 310 320 330 340 350 370 380 400 420 440 460
Masse volumique moyenne : ρmean (kg/m³) 350 370 380 390 410 420 450 460 480 500 520 550
Désignation C14 C16 C18 C20 C22 C24
fm,k (MPa) 14 16 18 20 22 24
ft,0,k (MPa) 8 10 11 12 13 14
ft,90,k (MPa) 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
fc,0,k (MPa) 16 17 18 19 20 21
fc,90,k (MPa) 2.0 2.2 2.2 2.3 2.4 2.5
fv,k (MPa) 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0
E0,mean (MPa) 7 8 9 9.5 10 11
E0,05 (GPa) 4.7 5.4 6.0 6.4 6.7 7.4
E90,mean (GPa) 0.23 0.27 0.30 0.32 0.33 0.37
Gmean (GPa) 0.44 0.50 0.56 0.59 0.63 0.69
ρk (kg/m³) 290 310 320 330 340 350
ρmean (kg/m³) 350 370 380 390 410 420
Désignation C27 C30 C35 C40 C45 C50
fm,k (MPa) 27 30 35 40 45 50
ft,0,k (MPa) 16 18 21 24 27 30
ft,90,k (MPa) 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
fc,0,k (MPa) 22 23 25 26 27 29
fc,90,k (MPa) 2.6 2.7 2.8 2.9 3.1 3.2
fv,k (MPa) 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0
E0,mean (GPa) 11.5 12 13 14 15 16
E0,05 (GPa) 7.7 8.0 8.7 9.4 10.0 10.7
E90,mean (GPa) 0.38 0.40 0.43 0.47 0.50 0.53
Gmean (GPa) 0.72 0.75 0.81 0.88 0.94 1.00
ρk (kg/m³) 370 380 400 420 440 460
ρmean (kg/m³) 450 460 480 500 520 550
NF EN 338 - Caractéristiques des bois massifs feuillus
Désignation D18 D24 D30 D35 D40 D50 D60 D70
Contrainte de flexion : fm,k (MPa) 18 24 30 35 40 50 60 70
Contrainte de traction axiale : ft,0,k (MPa) 11 14 18 21 24 30 36 42
Contrainte de traction transversale : ft,90,k (MPa) 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6
Contrainte de compression axiale : fc,0,k (MPa) 18 21 23 25 26 29 32 34
Contrainte de compression transversale : fc,90,k (MPa) 7.5 7.8 8.0 8.1 8.3 9.3 10.5 13.5
Contrainte de cisaillement : fv,k (MPa) 3.4 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 4.5 5.0
Module d'élasticité axiale : E0,mean (GPa) 9.5 10 11 12 13 14 17 20
Module d'élasticité caractéristique : E0,05 (GPa) 8 8.5 9.2 10.1 10.9 11.8 14.3 16.8
Module d'élasticité transversale : E90,mean (GPa) 0.63 0.67 0.73 0.80 0.86 0.93 1.13 1.33
Module moyen de cisaillement : Gmean (GPa) 0.59 0.62 0.69 0.75 0.81 0.88 1.06 1.25
Masse volumique caractéristique : ρk (kg/m³) 475 485 530 540 550 620 700 900
Masse volumique moyenne : ρmean (kg/m³) 570 580 640 650 660 750 840 1080
Désignation D18 D24 D30 D35
fm,k (MPa) 18 24 30 35
ft,0,k (MPa) 11 14 18 21
ft,90,k (MPa) 0.6 0.6 0.6 0.6
fc,0,k (MPa) 18 21 23 25
fc,90,k (MPa) 7.5 7.8 8.0 8.1
fv,k (MPa) 3.4 4.0 4.0 4.0
E0,mean (GPa) 9.5 10 11 12
E0,05 (GPa) 8 8.5 9.2 10.1
E90,mean (GPa) 0.63 0.67 0.73 0.80
Gmean (GPa) 0.59 0.62 0.69 0.75
ρk (kg/m³) 475 485 530 540
ρmean (kg/m³) 570 580 640 650
Désignation D40 D50 D60 D70
fm,k (MPa) 40 50 60 70
ft,0,k (MPa) 24 30 36 42
ft,90,k (MPa) 0.6 0.6 0.6 0.6
fc,0,k (MPa) 26 29 32 34
fc,90,k (MPa) 8.3 9.3 10.5 13.5
fv,k (MPa) 4.0 4.0 4.5 5.0
E0,mean (GPa) 13 14 17 20
E0,05 (GPa) 10.9 11.8 14.3 16.8
E90,mean (GPa) 0.86 0.93 1.13 1.33
Gmean (GPa) 0.81 0.88 1.06 1.25
ρk (kg/m³) 550 620 700 900
ρmean (kg/m³) 660 750 840 1080