Une ossature bois mal dimensionnée peut entraîner des déformations, fissures, voire un effondrement partiel, engendrant des coûts de réparation importants. Le choix de la section de bois est donc crucial pour la sécurité et la durabilité de votre construction. Une mauvaise évaluation des charges peut avoir des conséquences désastreuses. Ce guide vous apprendra à déterminer la section de bois la plus adaptée à votre projet.
Types de charges et calcul de section bois
Le dimensionnement d'une pièce en bois nécessite une analyse minutieuse des charges appliquées. Ces charges, combinées, déterminent la sollicitation maximale de la structure. Plusieurs catégories de charges doivent être prises en compte :
Charges permanentes (poids propre)
Le poids propre du bois varie selon l'essence et les dimensions. Un poteau en pin sylvestre de 10cm x 10cm et 2 mètres de haut pèse environ 15 kg, tandis qu'un poteau de chêne identique pèserait environ 20 kg. Des outils de calcul en ligne ou des tables permettent une estimation précise, tenant compte de la densité du bois et du volume.
Exemple : Une poutre en pin sylvestre de 5m x 20cm x 10cm aura un poids propre d'environ 60kg. Ce poids est une charge permanente.
Charges variables (d'exploitation)
Ces charges fluctuent en fonction de l'utilisation de la structure. Elles incluent le poids des occupants, du mobilier, des équipements et des matériaux de construction, ainsi que la neige (selon le climat et la localisation). Les normes Eurocodes définissent des valeurs de charges pour différents types de bâtiments.
- Occupants : 2 kN/m² (logements) - 3,5 kN/m² (bureaux)
- Mobilier : 0,5 kN/m² à 2 kN/m² selon l'usage (salon, chambre, etc.).
- Neige : Variable selon la région et la réglementation, pouvant atteindre jusqu'à 2,5 kN/m² dans certaines zones.
- Équipements : Chaque équipement est considéré individuellement, selon son poids et son emplacement.
Pour les charges variables, il est essentiel de considérer la charge maximale probable, et non la charge moyenne.
Charges exceptionnelles (vent, séisme)
Charges inhabituelles mais possibles, comme les rafales de vent importantes ou les séismes. L'impact est crucial dans les zones à risques. Des calculs spécifiques, selon les normes locales et les Eurocodes, sont nécessaires pour ces charges.
Exemple : Dans une zone ventée, la charge du vent peut représenter une partie significative de la charge totale sur les éléments de façade.
Charges accidentelles (impact, choc)
Charges imprévisibles, comme un impact ou un choc. Une évaluation du risque est essentielle, et des solutions de renforcement (ex: renforts métalliques) peuvent être nécessaires pour minimiser les conséquences d'un éventuel événement.
Essences de bois et propriétés mécaniques
Le choix de l'essence influence fortement la résistance de la structure. Voici les propriétés mécaniques de quelques essences courantes (valeurs approximatives variables selon la qualité du bois):
| Essence | Résistance à la flexion (MPa) | Résistance à la compression (MPa) | Module d'élasticité (MPa) |
|---|---|---|---|
| Pin Sylvestre | 35-50 | 25-35 | 10000-12000 |
| Epicéa | 40-55 | 30-40 | 11000-13000 |
| Douglas | 55-75 | 40-55 | 12000-14000 |
| Chêne | 60-80 | 45-60 | 10000-12000 |
Le choix de l'essence dépend du budget et des performances requises. Un bois plus résistant, comme le Douglas ou le chêne, est généralement plus coûteux.
- Humidité du bois : Un bois sec est plus résistant qu'un bois humide.
- Nœuds : La présence de nœuds réduit la résistance du bois.
Méthodes de calcul de section
Le calcul de la section de bois repose sur les Eurocodes et les réglementations locales. Plusieurs méthodes existent, de simples formules à des logiciels sophistiqués.
Normes et réglementations
Les Eurocodes (EN 1995) fournissent les méthodes de calcul pour la conception des structures en bois. Le respect de ces normes est impératif pour la sécurité de la construction. Des réglementations locales peuvent s'ajouter.
Méthodes simplifiées
Pour des structures simples, des formules simplifiées permettent d'estimer la section nécessaire. Ces formules prennent en compte la longueur de la poutre, la charge et la résistance du bois. Des abaques facilitent le calcul.
Exemple : Pour une poutre simplement appuyée, la formule de flexion est souvent utilisée : W = (M*γm)/(fb)
Logiciels de calcul de structure
Pour des structures complexes, des logiciels (Robot Structural Analysis, SCIA Engineer, etc.) offrent une précision accrue. Ils tiennent compte de nombreux paramètres (charges combinées, flambement, etc.) et permettent des analyses plus fines.
Cas pratique : poutre
Une poutre en pin sylvestre de 5 mètres de portée, soumise à une charge uniformément répartie de 2 kN/m, nécessitera une section minimale pour éviter la rupture. Un calcul selon les Eurocodes, avec un coefficient de sécurité, déterminera la section optimale.
Cas pratique : poteau
Un poteau en Douglas de 3 mètres de hauteur supportant une charge de 5 kN nécessitera un calcul tenant compte du flambement. Des abaques ou des logiciels sont utilisés pour vérifier la stabilité du poteau et déterminer la section appropriée.
Coefficient de sécurité
Un coefficient de sécurité (généralement entre 1.5 et 3 selon la charge et les impératifs) est appliqué pour tenir compte des incertitudes et garantir une marge de sécurité. Il compense les variations de propriétés du bois, les imprécisions de calcul et les facteurs imprévus.
Facteurs influençant le choix de section
Outre les calculs, d'autres critères doivent être considérés.
- Esthétique : L'apparence visuelle de la structure peut influencer le choix de la section.
- Aspects économiques : Le coût du bois et sa disponibilité jouent un rôle essentiel.
- Durabilité et protection : Les traitements et la protection du bois (contre l'humidité, les insectes, etc.) impactent sa durée de vie.
- Disponibilité des sections standard : Les sections disponibles sur le marché peuvent contraindre le choix final.
Le dimensionnement d'une ossature bois est une tâche complexe qui nécessite une analyse rigoureuse des charges, des propriétés du bois et des normes en vigueur. Pour les projets importants, il est fortement conseillé de faire appel à un ingénieur ou un professionnel qualifié en structure bois.