Cecobois
Propriétés mécaniques

Généralités

Le ratio résistance mécanique/masse volumique est très élevé, ce qui est à l’avantage du bois comparativement à ses concurrents. Ce ratio élevé a une incidence considérable du point de vue de la charge permanente d’une structure. À résistance mécanique égale, le bois est le matériau de structure le plus léger.

À titre d’exemple, une poutre d’une portée simple de 7,3 m supportant une surcharge de 14,4 kN/m non pondérée, en plus de son poids propre, aura les caractéristiques suivantes :

Ratio résistance mécanique/masse volumique des matériaux de construction
  Béton Acier Bois lamellé-collé
Résistance en flexion (MPa) 30 350 30,6
Masse volumique (kg/m³) 2 400 7 850 560
Ratio (x106 N-m/kg) 0,013 0,044 0,055

La résistance du bois varie en fonction des facteurs tels que la direction et la durée du chargement, la densité, le taux d’humidité ainsi que l’essence et les défauts naturels.

Lorsqu’un élément de charpente en bois doit être percé ou entaillé, cette réduction de la section transversale entraîne évidemment un affaiblissement de l’élément, au même titre que les autres matériaux.


Direction de chargement

Le bois est un matériau possédant une structure interne particulière. Les cellules sont toutes orientées verticalement et parallèlement dans les parois cellulaires, permettant ainsi aux arbres de résister à des forces extérieures comme le vent. Cette caractéristique fait du bois un matériau possédant une meilleure résistance dans la direction parallèle au fil (longitudinalement) que dans la direction perpendiculaire à celui-ci (radialement et tangentiellement).


Résistances

Flexion

Selon des principes de base d’ingénierie, un couple de flexion est le résultat d’efforts de compression et/ou de traction excentriques par rapport à l’axe neutre d’un élément. Puisqu’il résiste très bien à la compression et à la tension axiale, le bois est donc également efficace en flexion.

Flexion

À titre d'exemple, la résistance en flexion d'une pièce de bois de charpente légère du groupe d'essence EPS n° 1/n° 2 est de 11,8 MPa tandis qu'un bois classé MSR 2100Fb-1.8E possède une résistance en flexion de 30,4 MPa. Les bois d'ingénierie structuraux tels que les bois de charpente composites (LVL, PSL et LSL) possèdent des résistances en flexion grandement supérieures au bois de sciage traditionnel et peuvent aller de 20 à 35 MPa.

Cisaillement

Le cisaillement longitudinal est un autre aspect à considérer au moment des calculs de résistance d’un élément en bois. La réduction de l’aire transversale d’une section en bois causée par des ouvertures pour les connecteurs ou par des entailles influence la résistance au cisaillement.

Cisaillement longitudinal

La résistance en cisaillement d'une pièce de bois de charpente légère du groupe d'essence EPS n° 1/n° 2 est de 1,5 MPa tandis que les bois d'ingénierie structuraux, tels que les bois de charpente composites (LVL, PSL et LSL), peuvent atteindre des résistances en cisaillement allant de 2,8 à 3,65 MPa.

Compression et traction parallèle au fil (grain)

Puisque les cellules du bois sont toutes orientées dans le sens longitudinal, la structure interne du bois est comparable à une multitude de petits tubes soudés les uns aux autres. Cela fait en sorte que le bois est très résistant à la compression exercée dans le sens du fil (compression axiale). On doit cependant tenir compte du flambement au cours du calcul de la résistance à la compression d’éléments porteurs.

Compression parallèle au filTraction parallèle au fil

De plus, en raison de sa structure interne, le bois possède également une très bonne capacité en traction lorsque celle-ci est exercée parallèlement au fil. Par contre, la présence de nœuds dans une pièce tendue réduit la résistance en traction de celle-ci.

Compression et traction perpendiculaire au fil (grain)

La résistance à la compression exercée perpendiculairement au fil est inférieure à celle appliquée parallèlement au fil. Elle est principalement causée par la présence de charges concentrées ou par des contraintes exercées aux appuis des éléments fléchis. On utilise généralement des plaques d’appuis en acier afin d’augmenter la surface d’appui et ainsi de diminuer les effets de la compression perpendiculaire au fil.

Compression perpendiculaire au filTraction perpendiculaire au fil

La traction exercée perpendiculairement au fil doit être le plus souvent possible limitée car le bois possède très peu de résistance dans cette direction. Un effort radial exercé dans un élément courbé tel qu’une arche peut provoquer ce genre de sollicitation indésirable.

Compression oblique

La résistance relative à la compression oblique exercée est un rapport entre la compression parallèle au fil et la compression perpendiculaire au fil. La norme de calcul des charpentes en bois décrit la relation pour une résistance en compression oblique selon l'angle d'application de la charge.

Compression oblique par rapport au fil


Fatigue

Le bois est un matériau qui résiste très bien aux charges cycliques comme celles dues au vent ou aux séismes.