Comment savoir quelles essences sont adaptées à la fabrication de meubles courbes, de cornouillers ou à la construction en analysant leurs propriétés mécaniques ?

Le bois utilisé dans la fabrication de meubles ou la construction est soumis à diverses forces qui peuvent le déformer ou le briser. La réponse à ces forces dépend de l'essence, de la structure, de la direction du grain, de la densité, de la teneur en eau, des défauts de croissance ou de transformation, mais aussi de la nature, de la durée et de l'intensité de ces forces. Les propriétés mécaniques du bois permettent de prédire sa réaction. Les connaître permet de savoir quelle essence est la plus apte, par exemple, à supporter le poids d'une maison ou à être déformée en meubles courbes. Les propriétés mécaniques nous donnent des réponses sur le comportement du bois au cours des différentes étapes de sa transformation ou sur sa résistance dans les structures finales (maisons, meubles).

La résistance à l'action des différentes forces est mesurable, ce qui permet de faire des comparaisons entre les essences. Mais pour effectuer cette comparaison, il faut la déterminer dans les mêmes conditions de température et d'humidité, sur des échantillons de bois identiques et de formes spécifiques. Toutes ces déterminations sont normalisées. Vous trouverez dans cet article les principales propriétés mécaniques du bois, leur niveau de grandeur et leur variation en fonction de l'essence, du sens du fil ou d'autres caractéristiques spécifiques.

L'élasticité, propriété qui rend les bâtiments à ossature bois plus résistants aux tremblements de terre

Nous disons à peu près les maisons à ossature bois sont plus résistantes aux tremblements de terre que le béton ou la brique parce que le bois est élastique. C'est-à-dire qu'il a la capacité de reprendre sa forme initiale lorsque la force qui agit sur lui cesse (la force sismique, dans le cas des maisons), à condition que cette force ne dépasse pas sa limite d'élasticité. L'élasticité du bois n'est pas infinie. Chaque essence a une limite au-delà de laquelle le bois cède et la déformation devient permanente. L'élasticité du bois s'exprime par module d'élasticitéqui se mesure en N/m² et diffère selon l'orientation de la fibre, longitudinale ou transversale, et la force exercée - traction, compression, flexion ou torsion.

Un bois résilient supporte mieux les chocs et les coups sont amortis. C'est sur cette propriété que repose le choix de certaines essences pour la production d'articles de sport (érablehêtre ou bambou pour les battes de baseball) ou des manches d'outils (carpe). Une propriété dérivée de l'élasticité est résistance à la flexion. Par exemple, en ce qui concerne le poids spécifique, résineux ont une résistance à la flexion beaucoup plus élevée que les fagul. Par conséquent, les résineux sont utilisés pour les structures porteuses des maisons et le hêtre pour les meubles.

La plasticité

Vous vous souvenez peut-être Chaise ThonetLa chaise de l'artiste est le meuble le plus vendu de tous les temps. Il s'agit d'une chaise simple mais très élégante, composée d'éléments cylindriques incurvés en bois de hêtre. La plasticité est la propriété des meubles courbes. Il s'agit de la capacité des matériaux à conserver leur forme une fois que la force qui agit sur eux a cessé. En fait, le bois courbé est une combinaison d'élasticité et de plasticité. Cela ne semble pas très possible car la plasticité est l'inverse de l'élasticité et devrait, selon les principes mathématiques, s'annuler l'une l'autre. Or, elle ne s'annule pas mais se complète.

Normalement, le bois est élastique et au-delà d'une certaine limite, il cède, il est cassant. Plus il est élastique, plus il se déforme sans se fissurer. Le hêtre est un tel bois. Soumis à divers traitements - vapeur, produits chimiques, courants à haute fréquence (HFC) - il devient encore plus élastique et peut être façonné sans se briser. Fixé sur un moule, il prendra la forme désirée et la conservera même après l'arrêt du traitement, grâce à la plasticité acquise par le traitement.

Les espèces qui se courbent bien sont également frasine et ulmul. Et plus il est jeune, plus il se plie facilement, la lignification entraînant la rigidification.

Résistance à la compression

La compression est la force la plus importante dans la construction car elle agit sur la structure de résistance d'une maison. Dans le cas des maisons à ossature bois, les poteaux et les murs porteurs doivent être en mesure d'évacuer cette force due au poids de la maison et aux forces supplémentaires qui peuvent survenir (neige épaisse sur le toit) jusqu'aux fondations et au niveau du sol, sans affaissement ni déformation. Pour ce faire, la résistance à la compression des éléments en bois doit être supérieure à la force de compression exercée.

Dans les maisons à ossature bois, la compression dans le sens des fibres est supportée par les poteaux et la compression transversale par la semelle de la maison au niveau du contact entre la semelle et le poteau. La résistance à la compression du bois dans le sens transversal ne représente que 15-20% de celle dans le sens longitudinal. La résistance à la compression augmente avec la densité et diminue avec l'humidité du bois. Par exemple, une augmentation de la teneur en humidité du bois de 1% peut entraîner une diminution de sa résistance à la compression de 4%.

Les espèces ayant une bonne résistance à la compression sont résineuses, chênefrêne, charme, orme. Mélèzeconsidéré comme le chêne résineux, a une résistance à la compression dans le sens longitudinal encore plus grande que celle du chêne. Le charme a la résistance à la compression la plus élevée, tant dans le sens longitudinal que transversal.

Résistance à la traction

Dans ce cas, le bois est soumis à des forces qui veulent l'allonger, augmenter ses dimensions. C'est pratiquement l'inverse de la compression. Ici aussi, la réponse est différente selon le sens du fil, longitudinal ou transversal, mais la résistance à la traction transversale est rarement rencontrée dans les utilisations du bois. Et c'est tant mieux, car la résistance à la traction dans le sens transversal est médiocre. La résistance à la traction longitudinale augmente avec la densité et diminue avec l'humidité.

Le bois est très résistant à la traction longitudinale, qui est pratiquement la plus élevée de toutes ses résistances mécaniques. Elle est le double de la résistance à la compression dans la même direction. La résistance la plus élevée se trouve dans les bois durs ayant une densité et une dureté élevées (chêne, acaciaLa résistance diminue toutefois si des défauts tels que des nœuds ou des fibres tordues.

Résistance à la flexion

C'est la réponse que donne le bois lorsqu'il est soumis à des forces qui le déforment. Résistance à la flexion statique détermine le niveau de force auquel le bois cédera, se brisera. La façon dont le bois se brise est très importante dans ce cas. Plus la rupture est irrégulière, plus le bois est résistant. La résistance à la flexion statique est liée à l'élasticité, et plus le bois est élastique, plus il est résistant. Les essences et les défauts influencent le niveau de résistance à la flexion statique.

Dans les maisons à ossature bois, le flambement est la force exercée lorsque les forces latérales causées par le vent ou les tremblements de terre agissent sur les poutres ou les poteaux qui ne sont pas dans des structures contreventées et qui sont fixés de manière rigide au plancher. Sous l'effet de ces actions, l'élément se déforme par rapport à son axe longitudinal.

Un type particulier de résistance à la flexion est résilience, En fonction de la résistance à la flexion dynamique, on distingue les essences résilientes (ou coriaces) et les essences fragiles. Les essences résilientes sont celles qui sont recommandées pour la construction et les zones où des chocs et des vibrations peuvent se produire (articles de sport, manches d'outils). Les essences résilientes sont le frêne, épicéale mélèze, l'orme, et les plus fragiles, le châtaignier ou l'orme. peuplier. Défauts de croissance ou la transformation réduisent considérablement la résilience du bois. Le Fraser est l'une des essences les plus résistantes aux chocs.

Résistance au cisaillement

Le cisaillement est une autre force qui se manifeste principalement dans la construction. La force de cisaillement agit dans un certain plan. En fonction de la combinaison de la façon dont la force agit et du plan, il existe 3 types de cisaillement : transversal (la force et le plan sont transversaux à la fibre), longitudinal parallèle à la fibre (la force et le plan sont parallèles à la fibre) et longitudinal perpendiculaire à la fibre (la force est le long de la fibre et le plan, transversal).

La résistance au cisaillement augmente avec la densité et est maximale à un taux d'humidité du bois de 10%. Certains défauts, comme l'éclatement des fibres, augmentent la résistance au cisaillement, tandis que d'autres (fibres tordues, fissures) la diminuent. La résistance au cisaillement est 8 à 10 fois inférieure à la résistance à la traction longitudinale et 6 à 8 fois inférieure à la résistance à la compression parallèle aux fibres. Le hêtre et le chêne sont 50-75% plus résistants au cisaillement que l'épicéa ou le sapin.

Dureté

Il s'agit de la résistance avec laquelle le bois réagit lorsqu'un corps dur tend à le pénétrer. La dureté divise les essences en dures et molles et nous indique la facilité avec laquelle elles sont travaillées, comment elles se comportent lorsque des clous ou des vis les pénètrent, leur dureté au ponçage, leur résistance à l'usure.

En valeur absolue, il y a la dureté Janka et la dureté Brinell, selon la méthode de détermination. La dureté la plus élevée se trouve sur la section transversale et la dureté sur la section radiale est comparable à celle de la section tangentielle. Selon la dureté, l'épicéa, le peuplier et les saule sont des espèces douces, bouleau et de mélèze, ainsi que de chêne et de acacia espèces dures.

Résistance au clivage

C'est une propriété qui nous aide à choisir le bon bois pour fabriquer des douelles, des bardeaux, des bardeaux d'asphalte ou qui nous indique à quel point il est difficile de fendre du bois de chauffage. Il s'agit de la résistance du bois à la force de fendage des fibres dans le sens longitudinal. Cette force ne coupe pas les fibres mais les sépare. La solidité est également importante dans la construction, lors de l'assemblage d'éléments. Les boulons épais qui maintiennent les poteaux en place, par exemple, peuvent fendre le bois.

Le bois se fend plus facilement dans le plan axial, le plan du rayon médullaire. Là encore, comme pour le cisaillement, cela dépend du plan dans lequel la force agit. La résistance dans le plan radial est plus faible que dans le plan tangentiel, de sorte que la fente est axiale, dans la direction radiale. Défauts tels que fibres torsadées, fibres ondulées, nœuds augmentent la résistance au fendage et les fissures la diminuent. La résistance au fendage est la résistance mécanique la plus faible du bois.

Il y a beaucoup à dire sur les propriétés mécaniques du bois, mais je m'arrêterai là. Je voulais simplement vous montrer pourquoi on ne peut pas utiliser n'importe quel bois n'importe où et comment on peut expliquer l'utilisation prédominante d'une essence dans une région donnée. Tout ajout de votre part est le bienvenu, surtout s'il y a des exemples d'utilisation d'essences différentes. Et si vous avez raté un projet parce que vous avez choisi le mauvais bois, partagez votre expérience avec nous, cela nous sera très utile. Ceux qui ont des questions ou des doutes peuvent les laisser, comme d'habitude, dans l'espace dédié. Je ne manquerai pas d'y répondre.