Quelques conséquences des propriétés du bois

Publisher’s version / Version de l'éditeur:

Vous avez des questions? Nous pouvons vous aider. Pour communiquer directement avec un auteur, consultez la première page de la revue dans laquelle son article a été publié afin de trouver ses coordonnées. Si vous n’arrivez pas à les repérer, communiquez avec nous à PublicationsArchive-ArchivesPublications@nrc-cnrc.gc.ca.

Questions? Contact the NRC Publications Archive team at

PublicationsArchive-ArchivesPublications@nrc-cnrc.gc.ca. If you wish to email the authors directly, please see the first page of the publication for their contact information.

https://publications-cnrc.canada.ca/fra/droits

L’accès à ce site Web et l’utilisation de son contenu sont assujettis aux conditions présentées dans le site LISEZ CES CONDITIONS ATTENTIVEMENT AVANT D’UTILISER CE SITE WEB.

Digeste de la construction au Canada, 1968-06

READ THESE TERMS AND CONDITIONS CAREFULLY BEFORE USING THIS WEBSITE. https://nrc-publications.canada.ca/eng/copyright

NRC Publications Archive Record / Notice des Archives des publications du CNRC :

https://nrc-publications.canada.ca/eng/view/object/?id=b880f25d-8a4e-43ee-9111-874351c8b06a

https://publications-cnrc.canada.ca/fra/voir/objet/?id=b880f25d-8a4e-43ee-9111-874351c8b06a

NRC Publications Archive

Archives des publications du CNRC

For the publisher’s version, please access the DOI link below./ Pour consulter la version de l’éditeur, utilisez le lien DOI ci-dessous.

https://doi.org/10.4224/40001094

Access and use of this website and the material on it are subject to the Terms and Conditions set forth at

Quelques conséquences des propriétés du bois

Digeste de la Construction au Canada

Division des recherches en construction, Conseil national de

recherches Canada

CBD 86F

Quelques conséquences des

propriétés du bois

N.B. Hutcheon et J. H. Jenkins*

Veuillez noter

Cette publication fait partie d'une série qui a cessé de paraître et qui est archivée en tant que référence historique. Pour savoir si l'information contenue est toujours applicable aux pratiques de construction actuelles, les lecteurs doivent prendre conseil auprès d'experts techniques et juridiques.

Une longue expérience a peu à peu délimité le champ des applications du bois d'oeuvre et perfectionné les techniques d'utilisation. Ces connaissances accumulées sont toutefois insuffisantes et parfois fallacieuses quand les conditions d'emploi sont modifiées ou quand il s'agit d'applications nouvelles, à moins que les raisons du succès passe soient déterminées et adaptées à ces situations. Il est par conséquent important que l'architecte saisisse parfaitement les propriétés fondamentales du bois, comme celles d'autres matériaux, pour choisir et tracer ses plans en fonction des résultats désirés. Le Digeste CBD 85F a déjà exposé quelques propriétés fondamentales du bois. Nous en étudierons ici les conséquences plus en détail.

Caractéristiques de résistance

Il est très important de souligner que la qualité primordiale du bois, mis à part sa facilité d'approvisionnement, son ouvrabilité et son prix relativement bas, est sa capacité à résister aux contraintes de tension et de compression appliquées dans le sens du fil. Il résiste ainsi aux forces de flexion, et c'est cette possibilité, unique parmi les matériaux naturels de construction, qui a rehaussé sa valeur comme richesse naturelle. Comme cette excellente résistance en tension et en compression se manifeste au long du fil, la longueur des éléments de construction n'est limitée que par la hauteur de l'arbre ayant fourni le bois d'oeuvre, ou par la longueur maximale maniable de la grume. La relation bien appropriée entre diamètre et longueur de la grume permet souvent d'utiliser la totalité du tronc comme élément de construction. Elle découle des fonctions naturelles du tronc comme support de l'arbre.

Les caractéristiques beaucoup plus basses de résistance du bois perpendiculairement au fil et sa faible résistance au cisaillement au long du fil introduisent des facteurs importants gouvernant l'utilisation du bois sous forme de membrures. Bien que ces phénomènes soient bien connus et qu'on en tienne compte dans la pratique du calcul des membrures, il est bon de les récapituler dans l'intérêt d'une parfaite connaissance des caractéristiques du bois. Les piliers en bois ne posent que peu de problèmes, car ils supportent bien les charges axiales. Quand de

fortes charges quasi ponctuelles sont transmises à des sablières, des entraits ou des solives en bois, l'écrasement de ce dernier normalement au fil peut s'ensuivre; il faut toujours s'assurer de la solidité de l'appui en raison de la faible résistance à l'écrasement du bois dans cette direction.

Il est particulièrement nécessaire de vérifier les possibilités de rupture horizontale par cisaillement des solives courtes en bois, qui en raison de leur faible portée ont été fortement chargées. La faible résistance au cisaillement parallèlement au fil rend aussi un tracé soigneux de l'ossature nécessaire quand on utilise l'excellente caractéristique de résistance du bois en tension, car des phénomènes compliqués de transferts de charges interviennent aux extrémités. Les entures des pièces travaillant en tension ou celles qui sont placées du côté tendu d'une solive obligent aux mêmes vérifications. Il est nécessaire d'établir des longs assemblages à traits de Jupiter, des joints à enfourchements multiples, d'employer des goussets relativement longs ou des éclisses pour obtenir une surface suffisante de transfert de charge par cisaillement. Pour la même raison, les boulons et les clous utilisés dans ces joints doivent toujours être situés à des distances suffisantes des extrémités des membrures. Les joints réalisés avec des dispositifs brevetés, tels les assemblages à anneau, sont conçus de façon à transmettre des charges par une importante surface de cisaillement au long du fil. Quand il est nécessaire de transmettre angulairement de fortes contraintes de tension à une membrure, on doit généralement utiliser des pièces intermédiaires, tels les goussets, pour aider à la répartition de la charge sans dépasser la valeur admissible des contraintes de tension perpendiculairement au fil.

Nous avons déjà indiqué dans le Digeste précédent que les valeurs admissibles des contraintes affectant des membrures doivent être largement inférieures aux caractéristiques fondamentales des échantillons de bois sans noeud, séché à l'air, en raison de la présence de défauts tels que les noeuds et les gerces dans les sciages de qualité commerciale. Il est souvent bon de considérer les différences d'action des charges à court terme et des charges durables et d'ajuster en conséquence la valeur des contraintes admissibles, Les membrures subissent une déformation notable au cours du temps, et une rupture peut se produire sous une charge relativement faible appliquée pendant longtemps. De même, les membrures peuvent supporter une charge relativement importante pendant un temps limité. Cette tendance des contraintes causant une déformation croissante, ou déformation permanente, que la plupart des matériaux subissent sous certaines conditions, ne constitue pas toujours un désavantage. Elle peut assurer un soulagement bienvenu des contraintes causées par des modifications de la teneur hygroscopique, par exemple.

Modifications dimensionnelles causées par les variations de la teneur hygroscopique L'effet le plus important des variations de la teneur en humidité du bois s'observe dans les modifications dimensionnelles correspondantes de ce dernier. La forte différence de comportement du bois selon le sens du fil introduit quelques considérations importantes.

On doit se souvenir que le retrait au long du fil d'un bois passant du point de saturation hygroscopique des fibres, soit 30% d'humidité environ, jusqu'à dessiccation artificielle complète, n'atteint parfois que 0.1 pour cent, alors que le retrait transversal peut atteindre 5 pour cent; le retrait tangentiel des cernes est en effet bien plus important que leur retrait radial. Normalement le bois en cours de service ne subit pas de telles différences de teneur en humidité. Cependant des pièces de bois contenant une forte quantité d'eau, 19 pour cent par exemple, peuvent parfaitement sécher sur place et n'en contenir que 5 pour cent ou même moins, selon l'humidité relative de l'atmosphère qui les entoure. Dans ce cas les retraits pourront atteindre 2.5 pour cent, soit 0.25 po. pour une planche de 10 po. de largeur.

Il est heureux que la modification correspondante dans le sens du fil, c'est à dire selon la longueur de la planche, n'atteigne que le cinquantième de cette valeur. Dans le cas contraire, toutes les ossatures en bois subiraient de très fortes variations dans leurs plus grandes dimensions, à cause des variations de l'humidité relative, et il serait impossible d'utiliser le bois concurremment avec d'autres matériaux de façon satisfaisante. Quelle serait par exemple la situation d'une construction si les dimensions d'une ossature variaient de 1,5 pour cent quand

sa teneur en humidité passerait de 15 à 5 pour cent, causant ainsi des retraits atteignant 2 pouces par 10 pieds?

Le fait que de forts retraits affectent le bois perpendiculairement au fil est important, et on doit toujours l'avoir à l'esprit; les parois d'une construction en rondins sont un bon exemple du phénomène, mais il se trouve également des constructions contemporaines aux murs en bois plein dont les variations dimensionnelles normalement au fil causent d'importantes difficultés. La hauteur des murs constitués par des rondins ou des madriers empilés horizontalement pour résister à la charge verticale peut varier d'un pouce ou même plus par étage à cause de la dilatation ou la contraction du bois sous l'influence des variations d'humidité. Ce phénomène peut être sans importance si le mur ne consiste que de rondins ou de madriers et que l'ossature soit simple. Par contre, quand d'autres éléments de construction sont solidaires des murs, des difficultés se produiront. Les variations de dimensions des parois internes solidaires des murs externes peuvent être différentes de celles de ces derniers, ou se produire à des moments divers. Les éléments verticaux des huisseries des fenêtres ou des portes et ceux qui sont partie intégrante des murs peuvent varier différemment, et il est nécessaire de leur donner le jeu convenable pour éviter que les rondins ou les madriers soient disjoints lors d'un retrait. Si l'on ne prenait pas cette précaution, certains éléments de construction pourraient alors se trouver fortement surchargés. Les éléments verticaux appliqués comme revêtements internes ou externes ne se contracteront et ne se dilateront probablement pas en même temps que la charpente en rondins. On doit par conséquent les disposer de telle façon que les différences de variations de dimensions n'affectent pas l'ensemble.

On doit se rendre compte que toute utilisation de bois à l'état naturel comporte des risques de fortes variations dimensionnelles normalement au fil sous l'influence de la teneur en humidité. Chaque assemblage de la membrure, à l'exception peut-être des joints collés, peut avoir son comportement affecté par les variations de dimensions des pièces assemblées. Même de simples joints collés, y compris ceux des pièces en bois lamellé, souffrent de la création de contraintes de retrait ou de gonflement si les pièces assemblées n'ont pas les mêmes réactions à l'humidité.

Toutes les dimensions normales au fil du bois sont susceptibles de varier en fonction des variations de la teneur en humidité, à moins qu'une entrave ne s'y oppose. En ce dernier cas, des contraintes prendront naissance; lors d'un retrait les contraintes peuvent être soulagées par l'éclatement ou l'ouverture du joint. Toutes les utilisations satisfaisantes du bois ont tenu compte, intentionnellement ou implicitement, des possibilités de variations dimensionnelles du bois sous l'influence de l'humidité.

Variations de la teneur en humidité du bois en cours d'utilisation

Il apparaît clairement qu'il est nécessaire de bien connaître l'influence des conditions d'emploi du bois sur sa teneur en humidité. Comme cette dernière tend à suivre toute modification du niveau d'humidité relative du milieu ambiant, le bois se trouvant à l'intérieur d'immeubles chauffés perdra généralement de son humidité en hiver à cause de l'humidité relative plus basse de l'air interne et en regagnera au printemps suivant et en été, l'air étant plus humide. La teneur en humidité des pièces de bois se trouvant à l'intérieur d'immeubles chauffés mais non climatisés peut ainsi varier fortement, d'aussi peu que 5 pour cent en hiver jusqu'à 12 pour cent et plus en été, selon le climat local. La teneur en humidité du bois servant dans un édifice à air climatisé où l'humidité relative est maintenue entre 40 et 50 pour cent tout au long de l'année atteindra 8 ou 9 pour cent.

L'humidité relative externe est habituellement très haute en hiver, et la teneur en humidité des pièces de bois en contact avec l'atmosphère externe, mais abritées de la pluie et de la neige, peut varier de 10 pour cent au début de l'été jusqu'à 18 pour cent vers le milieu de l'hiver dans les conditions climatiques caractéristiques de la plupart des régions du Canada. Le mouillement direct par la pluie ou la neige fondue peut ajouter parfois à cette teneur en humidité, qui varie également selon les espèces de bois utilisées.

Le bois qui est tiré d'un entrepôt externe pour être utilisé à l'intérieur d'un bâtiment occupé perdra de son humidité en cours de service. S'il est mis en place aussitôt rentré, il se produira un retrait initial en plus des retraits et gonflements ultérieurs dus aux variations saisonnières de l'humidité. Il est possible d'éviter les difficultés causées par le retrait initial si l'on s'arrange pour que la teneur en humidité du bois soit abaissée avant la mise en service du bois au niveau qu'elle atteindra ensuite.

Il est toujours préférable d'utiliser du bois aussi sec qu'il est possible de l'obtenir par un entreposage externe et une protection contre les éléments atmosphériques. Il n'est pas toujours commode ou nécessaire d'exiger des teneurs en humidité plus basses, car les conditions d'utilisation du bois peuvent ne pas le justifier; il se peut d'autre part que les difficultés causées par le retrait ne soient que minimes. Dans certains cas, particulièrement s'il s'agit de meubles, de parquets ou d'utilisations similaires du bois, il est nécessaire de sécher ce dernier au four pour obtenir la réduction désirée de la teneur en humidité avant d'ouvrer le bois ou de le fixer en place. Le séchage au four permet d'atteindre des teneurs en humidité de 8 pour cent, et même 6 pour cent en certains cas particuliers, tels le planchéiage en bois résineux. Un séchage au four ne donne cependant aucun bénéfice si on permet au bois de retrouver une teneur en humidité plus élevée avant son utilisation. On doit également remarquer que le gonflement du bois pose des problèmes. Par exemple, dans certains cas un plancher très ajusté de bois à faible teneur en humidité se gondolera ou se déplacera sous l'influence d'une augmentation de sa teneur en humidité.

Il est également possible de réduire dans certaines limites les difficultés causées par les variations dimensionnelles en ajustant la teneur en humidité du bois lors de sa mise en service. On peut aussi choisir des espèces caractérisées par de faibles variations dimensionnelles. Le thuya ("cedar") par exemple a des dimensions relativement stables perpendiculairement au fil, et constitue pour cette raison un matériau de choix pour les murs de rondins ou à parement imitant de rondins. On peut également obtenir quelque amélioration dans quelques applications en choisissant une certaine orientation de sciage, comme pour les parquets de bois débité sur maille ou sur quartier, car les variations dimensionnelles qui se produisent radialement dans le bois sont plus faibles que celles qui se produisent tangentiellement.

Ces précautions, ainsi que l'emploi de revêtements pour diminuer les réactions du bois aux variations à court terme de l'humidité, servent à souligner que des modifications se produiront dans les pièces de bois en fonction de sa nature propre et des conditions atmosphériques environnantes. Si l'on veut obtenir de bons résultats, tant au point de vue génie civil qu'architecture, il est nécessaire d'établir les plans de construction dans un esprit réaliste. Matériaux dérivés du bois

Dans le contexte du présent Digeste, il est intéressant d'étudier certaines formes élaborées du bois. On peut réduire le bois en pâte ou en copeaux et en constituer des feuilles de nombreux types, tels le papier, les panneaux de fibre et les panneaux agglomérés. La résistance et les caractéristiques de variations dimensionnelles de la feuille dans su diverses dimensions sont modifiées généralement en fonction de l'orientation nouvelle des fibres. Quand ces dernières sont déposées plus ou moins au hasard dans le plan du panneau final, ses caractéristiques dans les deux principales dimensions tendent vers les valeurs moyennes des caractéristiques du bois de fil et normalement au fil. La plupart des panneaux de contreplaqué, de fibres et de copeaux agglomérés subiront des variations maximales de 0.25 à 0.5 pour cent de leur longueur et de leur largeur entre les états de dessiccation et d'imbibition. Les variations d'épaisseur seront beaucoup plus importantes, atteignant celles que subit le bois normalement au fil.

Le contreplaqué est l'un des plus intéressants dérivés du bois. Comme l'orientation des fibres dans les plans successifs du bois est parfaitement établie perpendiculairement aux fibres du plan suivant, on peut généralement calculer quelles seront les propriétés du panneau terminé. Le contreplaqué d'utilisation générale doit toujours avoir des caractéristiques symétriques, c'est-à-dire par exemple qu'une feuille placée d'un côté doit trouver sa contre-partie de l'autre, ayant les même orientation des fibres. Sinon, un fort gauchissement du panneau se produira sous l'influence des variations de la teneur en humidité.

Un panneau constitué de trois couches équivalentes est symétrique par rapport au plan médian, mais ses caractéristiques en long et en large sont différentes car deux couches sont de fil dans une certaine direction alors qu'il n'y a une seule dont les fibres lui soient perpendiculaires. Cet effet directionnel s'affaiblit au fur et à mesure que le nombre des couches augmente. La résistance du panneau en tension et en compression est largement déterminée par le pourcentage de bois de fil présent dans la section considérée, et par les caractéristiques du bois de fil original. Les caractéristiques de flexion sont un peu plus complexes. La direction du fil du bois n'est pas seule à intervenir, mais la position des couches par rapport aux surface du panneau a aussi son importance. Les caractéristiques de résistance au cisaillement dans le plan du panneau sont toujours fortement améliorées en raison du renfort que donnent les couches adjacentes. L'amélioration de la stabilité dimensionnelle est très marquée en raison des entraves au gonflement normalement au fil qu'apportent une meilleure stabilité et un plus fort module d'élasticité.

Durabilité

Il convient de terminer cette étude en traitant brièvement de la durabilité du bois. Comme ce dernier est un matériau organique, il peut être attaqué et détruit par des micro-organismes divers. Le risque n'en devient généralement sérieux que quand le bois a une forte teneur en humidité, pouvant atteindre 20 pour cent, mais plus faible qu'à saturation complète. Il est habituellement bon de traiter le bois avec des agents préservatifs pour prolonger sa vie utile dans ces conditions. Par contre le bois peut avoir une très longue vie utile quand il est totalement immergé; à l'autre extrémité de l'éventail des teneurs en humidité, il peut durer presque indéfiniment s'il est protégé de l'irradiation solaire et des variations importantes et rapides de teneur en humidité. La lumière solaire attaque lentement la surface et modifie son état, mais il est probable que l'action de la lumière est beaucoup plus importante quand elle est associée à de rapides variations de la teneur en humidité. Il se produit alors des variations dimensionnelles et des gerces en raison du mouillement par la pluie puis du séchage par le soleil. Même dans ces conditions le bois peut avoir une vie utile assez longue s'il est disposé de telle façon qu'il s'égoutte et sèche facilement, et ne reste pas soumis à une forte humidité pendant de trop longues périodes.

Conclusion

La présente étude a souligné certaines caractéristiques du bois pouvant causer des difficultés. C'est intentionnellement que l'auteur l'a fait, sans pourtant critiquer l'usage du bois en tant que matériau de construction, mais pour favoriser une meilleure connaissance de la nature du bois et de la façon dont ce matériau remplit ses fonctions dans certaines conditions particulières. Ce n'est que par une parfaite connaissance de ces faits qu'il est possible d'employer le bois à bon escient et d'éviter les utilisations peu judicieuses.

*M. J.H. Jenkins, Dr _{ès sc., maintenant à sa retraite, a occupé pendant de nombreuses années}

le poste de directeur des laboratoires des produits forestiers au ministère des Forêts; pendant cette période il a collaboré avec la Division des recherches en bâtiment du NRC à des recherches intéressant les deux organismes.