Résistance admissible du sapin hors flambement: guide complet et pratique

CLASSE D’ASPECT OU “CHOIX”Il répond à des exigences esthétiques. Ce classement répond à des normes européennes .Ne pas confondre avec la classe de résistance. Il prend en compte la présence, la taille et la répartition des singularités du bois sur les différentes faces (tels les nœuds, les flaches, les gerces et fentes, les poches de résine…), ainsi que les altérations naturelles dues aux champignons et aux insectes.Le CTBA (Centre Technique du Bois et de l’Ameublement) définit 6 choix selon les usages, pour les bois résineux (Sapin, Épicéa, Pin maritime, Pin sylvestre, Pin noir, et Douglas..)..

CLASSE DE RÉSISTANCE MÉCANIQUE OU CLASSE STRUCTURELLE Rappel : ne pas confondre avec les classes d’aspect ou « choix »L’utilisation d’un bois en usage structural est conditionnée par la connaissance de ses propriétés mécaniques. Ainsi le classement structural a pour but de proposer différentes classes où les bois seront triés en lots homogènes de même résistance en vue d’optimiser leur utilisation en construction.

Pour réaliser ce classement, deux méthodes existentClassement visuelClassement mécanique par machine Selon la norme NF B 52-001, les bois sont classés en observant les singularités du bois : nombre de nœuds, diamètre des nœuds, poche de résine, altération biologique.Les propriétés mécaniques du bois sont déduites par des mesures effectuées par machineNomenclature (classes ST-I, ST-II, ST-III, ST-IV, HST1 ou choix 2, 3).Les classes de résistance sont différentes selon les essences de bois. Elles sont désignées par une lettre: C pour les résineux, D pour les feuillus et GL pour les lamellés-collés.Un nombre correspond ensuite à la contrainte de rupture en flexion du bois. Plus ce nombre est grand, plus la résistance au bois est élevée.Par exemple, C30 signifie que la pièce résiste à une pression de 30 Mpa en flexion.

En ossature et charpente, ce sont majoritairement les bois résineux qui sont utilisés. - C18 convient aux charpentes traditionnelles, - C24 convient aux charpentes industrielles (fermettes), bois d’ossature et lamellé-collé, - C30 répond aux exigences des charpentes lamellé-collé à hautes performances.Les correspondances des classes visuelles avec les classes mécaniques sont définies par la norme NF EN 1912

EssencesClasse visuelle selon NF B 52-001Classe résistance mécanique selon NF EN 338Sapin, épicéa, pins, douglas, peuplierST-IC 30MélèzeST-IC 27Sapin, épicéa, pins, douglas, peuplier, mélèzeST-IIC 24ST-IIIC 18PinsST-IVC 14Chêne2D 243D 18.

CLASSE D’EMPLOI OU CLASSE DE RISQUE Avant d’utiliser du bois dans la construction, il est nécessaire de se référer à la norme NF EN 335-1 à 3 créée par l’institut technologique Forêt, Cellulose, Bois-construction et Ameublement (FCBA).Elle définit 5 classes d’emploi selon les risques d’exposition du bois à l’humidité. Pour chaque classe, il faudra choisir une essence d’une durabilité naturelle ou traitée chimiquement selon les risques biologiques encourus.

Classe de risqueMise en situations des boisExemple d’utilisation des boisTraitement des bois si non préservation naturelle et selon imprégnation de l’essence1Situation dans laquelle le bois ou le produit à base de bois est sous abri, entièrement protégé des intempéries et non exposé à l’humidification.Emplois intérieurs uniquement : meubles, parquets, lambris, menuiseries et aménagements intérieurs,…Préservation par trempage

2Situation dans laquelle le bois ou le produit à base de bois est sous abri des intempéries mais humidité ambiante peut causer humidification occasionnelle.Bois à l’abri des intempéries. Charpente, ossatures correctement ventilées en servicePréservation par trempage

3aSituation dans laquelle le bois n’est pas en contact avec le sol, est exposé aux intempéries directes mais évacuation rapide de l’eau.Humidité fréquentes sur des périodes courtes.Toutes pièces de construction ou menuiseries extérieures sans contact avec le sol et soumises à la pluie : Bardages, menuiseries extérieurespréservation par trempage ou pulvérisation

3bSituation dans laquelle le bois n’est pas en contact avec le sol, est exposé aux intempéries directes mais que la conception ne permet pas une évacuation rapide de l’eau.Humidité très fréquente sur des périodes significativesToutes pièces de construction ou menuiseries extérieures sans contact avec le sol et soumises à la pluie : Bardages, menuiseries extérieuresPréservation classe par autoclave

4Situation dans laquelle le bois ou le produit à base de bois est en contact avec le sol ou de l’eau douce et est ainsi exposé en permanence à l’humidification.Bois horizontaux en extérieur (balcons, coursives,…) et bois en contact avec le sol ou une source d’humidification prolongée ou permanente Bois en extérieur : Poteau brise vue, terrasses extérieuresPréservation par autoclave

5Situation dans laquelle le bois ou le produit à base de bois est en permanence exposé à de l’eau saléeBois en extérieur :Piliers, pontons, bois immergésPréservation par autoclave.

TAUX D’HUMIDITÉ DES BOIS Le bois est un matériau hygroscopique, il a la capacité d’absorber ou de perdre une certaine quantité d’eau, en fonction de l’humidité relative de l’air. Pour des taux d’humidité du bois inférieurs à 30 %, cette propriété physique s’accompagne de variations dimensionnelles : le bois gonfle ou se rétracte et peut alors subir des déformations.

En fonction de la destination des bois (charpente, murs ossatures bois, etc.), le bois devra présenter un taux d’humidité qui permette une fabrication et une mise en oeuvre correcte ainsi qu’une bonne stabilité dimensionnelle dans le temps.Pour le bois d’oeuvre, le séchage est un étape indispensable, il a un impact : - sur la durabilité du bois, - sur sa stabilité dimensionnelle et structurelle, - sur sa résistance aux moisissures et aux insectes.

Ainsi, en dessous de 20 % d’humidité, les champignons ne s’y développent pas.Le processus de séchage peut être naturel (par stockage sous abri ventilé) ou artificiel (en cellule de séchage) afin d’obtenir un taux d’humidité optimal en fonction de l’utilisation qui en sera faite.Les taux d’humidité à respecter dans la construction sont spécifiés par les DTU 31-1 « Charpente et escaliers en bois » et 31-2. « Construction de maisons et bâtiments à ossature en bois ».Les bois en intérieur sont généralement entre 8 et 12% d’humidité; les bois en extérieur et dans la construction entre 13 et 22% Concernant la charpente, ce taux ne doit pas dépasser 22 % en moyenne. Concernant la construction de maisons et bâtiments à ossature bois, l’humidité à la mise en œuvre doit être inférieure à 18 %.

CLASSE DE DURABILITÉ NATURELLE La durabilité naturelle d’une essence est son aptitude à résister sans l’apport d’aucun traitement à l’attaque des agents biologiques d’altération : champignons de pourriture, termites, insectes, foreurs marins.Il existe 5 classes de durabilité naturelle et chaque essence possède sa propre durabilité naturelle.

Classe 1 : très durable (exemple : le robinier)Classe 2 : durable (exemples : le châtaignier, le chêne)Classe 3 : moyennement durable (exemples : le douglas, le mélèze, le noyer)Classe 4 : peu durable (exemples : l’épicéa, le sapin, l’orme)Classe 5 : pas durable (exemples : l’aune, le frêne, le merisier, le peuplier)

Chaque essence possède sa propre durabilité naturelle. Par défaut, lorsqu’on évoque la durabilité naturelle d’une essence, on considère le duramen (bois de cœur) et on exclut l’aubier (bois jeune) qui est naturellement moins résistantIl est possible d’améliorer la durabilité naturelle d’une essence par adjonction d’un produit de préservation. On parle alors de durabilité conférée.Les essences à aubier et duramen distincts (chêne, robinier, châtaignier, pins …) ont pour la plupart une durabilité naturelle du cœur. On peut utiliser ces essences, purgées de leur aubier, pour des usages nécessitant des classes d’emploi allant jusqu’à 3 ou 4 et ceci sans les traiter.

Lorsque le retrait de l’aubier n’est pas économiquement intéressant, on décide de traiter les bois. C’est le cas par exemple des pins. Le Pin est l’une des rares essences résineuses où le traitement de préservation par autoclave est parfaitement efficace. L’aubier des Pins présente une très bonne capacité d’imprégnation.Pour les bois où l’aubier et le duramen sont non distincts (bouleau, épicéa, sapin, hêtre…). Il faudra utiliser un traitement de préservation pour les utiliser en construction.Le tableau ci-contre indique, pour les essences de bois les plus utilisées en France dans la construction, la classe maximum pouvant être atteinte avec ou sans traitement..EssencesAvec traitementSans traitementRésistance naturelle aux termitesChâtaignier_classe 3MoyenneChêneclasse 4classe 3Nulledouglas, mélèze, red cedarclasse 3classe 3NulleEpicéaclasse 3_NullePin sylvestre et maritimeclasse 5classe 3NulleRobinier (pseudo acacia)inutileclasse 4BonneSapinclasse 3_NulleIpé, Doussié, Merbau, Moabi, Padouk_classe 4BonneAzobé, Iroko_classe 3Bonne.

Les essences de bois sont utilisables soit sans traitement (mais purgée d’aubier) si elles possèdent une durabilité naturelle suffisante face aux attaques biologiques, soit en appliquant un traitement de préservation adapté (traitement par imprégnation superficielle par autoclave, haute température, oléothermie, …).Imprégnation superficielleImprégnation profonde/bois autoclavéPour les classes d’emploi de 1 à 3a, le traitement s’effectue en surface par aspersion ou par trempage. Ces procédés permettent au produit de traitement de pénétrer dans le bois jusqu’à plusieurs millimètres par capillarité. La pénétration du produit sera fonction de l’imprégnabilité de l’essence, de l’état de surface de la pièce de bois et de la durée traitement. Lorsque le bois doit être retaillé, la solution de traitement doit être appliquée au badigeon sur les coupes.Cette technique permet aux essences de bois dites imprégnables (et donc sensibles à l’humidité, aux insectes et aux champignons) d’obtenir les mêmes propriétés que les essences imputrescibles..Pour les classes d’emploi 3B et 4, les bois sont traités par autoclave, c’est-à-dire par imprégnation en partie ou en totalité de l’aubier. Le principe consiste à saturer de produit toutes les cellules du bois. Les bois traités en autoclave sont d’abord séchés pour atteindre une hygrométrie inférieure à 25%. Cette étape permet d’assurer une meilleure imprégnation du produit dans les cellulesTraitement par aspersion pour les classes d’emploi 1 et 2Traitement par trempage pour les classes d’emploi 1, 2 et 3aTraitement par autoclave pour les classes d’emploi 3b, 4 et 5Aspersion (= pulvérisation) sous tunnel Trempage court : immersion complète des pièces de bois supérieure à 3 minutes avecune pénétration du produit par capillarité,Le traitement en autoclave est la meilleure solution pour protéger le bois qui sera utilisé en extérieur..

Les traitements naturels du boisLe traitement par rétification ou THT (Traitement à haute température)Traitement par oléothermieLa rétification consiste en la pyrolyse ou cuisson du bois à une température comprise entre 200 et 250°C. Il s’agit d’un traitement en profondeur, irréversible qui conduit à la modification même de la matière. Aucune substance chimique n’est rajoutée, pour une amélioration des propriétés physiques à la clé : stabilité dimensionnelle, dureté de surface, couleur dans la masse homogène…L’oléothermie répond aux préoccupations actuelles en termes de protection de l’environnement et de santé. Elle permet de protéger le bois durablement grâce à des procédés naturels, qui consiste à imprégner en profondeur le bois d’un mélange d’huiles végétales et d’adjuvants naturels chauffé à basse température. L’oléothermie est un procédé de thermohuilage qui s’avère idéal pour pouvoir conserver du bois en extérieur. On appelle ce bois traité de cette façon le bois thermohuilé..

CLASSE D’IMPRÉGNATION - IMPRÉGNABILITÉ Les bois n’ont pas tous la même capacité d’imprégnation des produits de préservation. On distingue deux catégories d’essences : les essences imprégnables, qui peuvent être imprégnées en totalité, et les essences réfractaires qui ne sont pas imprégnables soit en totalité, soit au niveau de leur aubier.Les traitements de préservation peuvent être encadrés par la marque de qualité : CTB B+ . Cette marque atteste de la performance du processus d’imprégnation en vérifiant la conformité des différents facteurs influant sur la qualité du traitement (humidité des bois, qualité du matériel, dilution adéquate du produit de préservation …).Les bois CTB B+ ont reçu des produits de traitement certifiés CTB P+. Ces produits sont conformes aux exigences de la directive Biocides 98/8/CE.

Lors d’une rénovation ou dans le cadre de la pose d’une nouvelle poutre en bois, vous serez peut-être confronté au calcul de sa résistance. Dans la construction, l’estimation de cette donnée va assurer la sécurité de votre logement, mais aussi l’usage que vous pourrez réserver à cette poutre et surtout son maintien en parfait état, dans la limite des déformations permises. Par exemple, vous ne prendrez pas les mêmes poutres pour créer un étage ou une charpente. Il faut donc s’assurer de la résistance de la poutre en bois afin qu’elle corresponde à son usage. Plusieurs facteurs exercent une influence sur la résistance de votre poutre en bois. En effet, d’une poutre à l’autre, vous n’aurez pas forcément les mêmes caractéristiques. Les essences de bois vont avoir un impact non négligeable sur la résistance de la poutre.

En effet, chaque essence d’arbre possède ses propres caractéristiques mécaniques. Cela se traduit par une solidité variable et par une flexibilité tout aussi variable. En fonction de l’usage de votre poutre en bois, les essences à sélectionner ne seront donc pas les mêmes. Le bois étant un matériau vivant, ses caractéristiques peuvent varier en fonction de son taux d’humidité. Pour le travailler et fabriquer des poutres stables, nous le recevons déjà sec : son taux d’humidité est alors inférieur à 20%. Appelée aussi classes structurelles, ce classement des bois s’oriente sur les propriétés mécaniques. Ce n’est pas à confondre avec les classes d’aspects ou de choix qui correspondent à des exigences esthétiques. Le classement mécanique a pour objectif de proposer différentes catégories où les bois seront classés en lots homogènes de même résistance. Pour cela, deux méthodes existent : le classement visuel selon la norme NF B 52-001 : les singularités du bois (quantité de nœuds, diamètres des nœuds, poche de résine, altération) sont observées. Les classes sont les suivantes : ST-I, ST-II, ST-III, ST-IV.

Les abaques et le calcul de résistance jouent un rôle clé dans le dimensionnement des poutres. Chez France Poutres nous utilisons que des bois résineux : le Sapin, l’Epicéa et le Douglas. Pour calculer la résistance d’une poutre en bois, il est primordial d’en connaître l’usage. Les paramètres chantier sont très importants : la portée et les charges appliquées par exemple. La section représente la « grosseur » de votre poutre. Plus une poutre est d’une section importante, plus le poids qu’elle peut soutenir est important. La portée quant à elle représente la longueur maximale de la poutre. Évidemment, plus une poutre est longue, plus il faut une section importante pour éviter une trop grande flexibilité.

L’analyse de flèche et flambement est essentielle. Le flambement est l’instabilité qui peut survenir sous charge axiale et conditionne le dimensionnement des poteaux, des colonnes et des barres comprimées. La flèche et le flambement ont été formulés par Euler et inspirent les abaques qui croisent portée, section et charge admissible. Le bois conduit très mal la chaleur mais reste un bon isolant; en cas d’incendie, la carbonisation peut agir comme bouclier et retardateur naturel, et les constructions bois peuvent bénéficier de réglementation incendie adaptée.

Le dimensionnement sera différent selon que la poutre supporte un plancher, une toiture, ou une charpente. Le calcul rigoureux de la résistance d’une poutre en bois implique de confronter les propriétés intrinsèques du bois aux exigences mécaniques et aux conditions réelles d’utilisation. Le bois n’est pas un matériau uniforme: chêne versus sapin montre des résistances à la flexion différentes et la géométrie (hauteur, section) influe fortement sur le module de section et sur la flèche.

Pour compléter, un tableau récapitulatif des usages fréquents et des classes d’emploi peut être utile pour les professionnels et les particuliers.

Le bois est un matériau vivant et dynamique; il nécessite donc une surveillance régulière après mise en œuvre: fissures, déformations ou dégradations biologiques doivent être inspectées et les renforts éventuels envisagés (plaques, résines, etc.). Le calcul de résistance d’une poutre doit être confié à des professionnels qualifiés, surtout lorsque les charges et les portées atteignent des niveaux critiques.

En résumé, la résistance admissible du sapin hors flambement dépend de l’essence, de la classe mécanique, de la classe d’emploi, du taux d’humidité et du traitement. Le dimensionnement fiable combine connaissance des abaques, propriétés mécaniques et conditions réelles d’utilisation pour assurer sécurité et durabilité des structures en bois.

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