Le choix de la section d'une poutre en bois est une étape cruciale dans tout projet de construction, de rénovation ou de ravalement. Un dimensionnement incorrect peut compromettre la sécurité de la structure et engendrer des coûts supplémentaires. Ce guide complet vous accompagnera pas à pas dans le calcul optimal de la section de vos poutres, en tenant compte des contraintes mécaniques, des propriétés du bois et des normes en vigueur.
1. définition des paramètres et des charges
Avant de calculer la section de la poutre, il est impératif de déterminer précisément les charges qui s'exerceront sur elle. Ces charges sont classées en trois catégories principales :
1.1 types de charges
- Charges permanentes (G): Poids propre de la poutre (dépend de la densité du bois et des dimensions), poids des planchers, des cloisons, des revêtements, etc. Exemple: Une poutre en pin sylvestre de 5 mètres de long, de section 10x20 cm et de densité 500 kg/m³ aura un poids propre d'environ 50 kg.
- Charges variables (Q): Charges temporaires qui varient dans le temps, comme le poids des personnes, du mobilier, des équipements, la neige (charge de neige zonale), le vent (pression dynamique du vent), etc. Il est crucial de consulter les normes locales pour les valeurs de charges de neige et de vent.
- Charges exceptionnelles (A): Charges imprévisibles et de courte durée, comme les chocs, les tremblements de terre (actions sismiques), etc. Ces charges sont prises en compte avec des coefficients de sécurité importants.
1.2 combinaison des charges
Les charges ne s'appliquent pas indépendamment. Les normes Eurocodes (EN 1990, EN 1995) définissent des combinaisons de charges pour déterminer les effets les plus défavorables sur la structure. Une combinaison fréquente est G + Q. Des combinaisons quasi-permanentes (G + ψQ) et exceptionnelles (G + ψQ + A) sont également considérées.
1.3 détermination des efforts sollicitants
Une fois les charges combinées déterminées, on calcule les efforts sollicitants : moments fléchissants (M), efforts tranchants (V) et réactions d'appui. Ces calculs dépendent de la configuration de la poutre (appui simple, appui encastré, poutre continue). Des logiciels de calcul de structure ou des méthodes manuelles (diagrammes des efforts) permettent de les obtenir.
2. propriétés mécaniques du bois
Les propriétés mécaniques du bois varient en fonction de plusieurs facteurs, notamment l'essence, l'humidité et l'orientation des fibres.
2.1 essences de bois
Plusieurs essences sont utilisées en construction, chacune ayant des propriétés spécifiques. Le choix de l'essence influe sur la résistance, la durabilité, et le coût de la poutre. Exemples: Pin sylvestre, Sapin, Douglas, Mélèze, Chêne.
| Essence | Résistance à la flexion (MPa) - Classe de résistance C24 | Module d'élasticité (GPa) - Classe de résistance C24 | Densité (kg/m³) |
|---|---|---|---|
| Pin sylvestre | 24 | 10 | 500 |
| Sapin | 21 | 9 | 450 |
| Douglas | 30 | 11 | 550 |
2.2 influence de l'humidité
L'humidité du bois a un impact significatif sur ses propriétés mécaniques. Un bois plus sec est généralement plus résistant. Les classes de service du bois (ex: service 1, 2, 3 selon les normes européennes) prennent en compte l'humidité et les conditions d'utilisation.
2.3 anisotropie du bois
Le bois est un matériau anisotrope. Sa résistance varie selon la direction des fibres. Il est plus résistant dans le sens des fibres que perpendiculairement.
2.4 normes et codes de calcul
Le calcul des sections de poutres en bois doit respecter les normes en vigueur, principalement les Eurocodes (EN 1995). Ces normes définissent les contraintes admissibles pour différentes essences et classes de service. Il est crucial de se référer aux réglementations locales.
3. méthodes de calcul de la section
Plusieurs méthodes existent pour déterminer la section optimale d'une poutre. La méthode choisie dépend de la complexité de la structure et des charges.
3.1 calculs manuels
Pour les cas simples, des calculs manuels peuvent être effectués en utilisant les formules de résistance des matériaux. Par exemple, pour la flexion, la formule est :
W ≥ M / (f m,d )Où : W = module de résistance de la section, M = moment fléchissant, f m,d = contrainte admissible en flexion.
3.2 logiciels de calcul de structure
Pour des structures complexes ou pour une analyse plus précise, l'utilisation de logiciels de calcul de structure (Robot Structural Analysis, SCIA Engineer, etc.) est recommandée. Ces logiciels permettent de modéliser la structure et de déterminer les efforts sollicitants avec précision.
3.3 optimisation de la section
L'objectif est de trouver la section la plus économique qui satisfait les critères de résistance et de stabilité. L'optimisation peut impliquer le choix de l'essence, des dimensions, ou l'utilisation de poutres lamellées-collées.
4. aspects pratiques et économiques
Au-delà des aspects techniques, des considérations pratiques et économiques doivent être prises en compte.
4.1 choix des dimensions standardisées
Utiliser des dimensions standardisées facilite la fabrication et la mise en œuvre, réduisant les coûts et les délais.
4.2 prix des bois
Le prix des différentes essences de bois varie considérablement. Un compromis entre résistance et coût doit être trouvé.
4.3 aspects constructifs
Les assemblages, les fixations et les conditions de mise en œuvre doivent être compatibles avec la section choisie.
4.4 durabilité et protection du bois
Une protection appropriée (traitements, peintures) prolonge la durée de vie de la poutre.
Ce guide fournit une introduction approfondie au calcul optimal de la section des poutres en bois. N'oubliez pas de consulter les normes en vigueur et, pour les projets complexes, de faire appel à un ingénieur structure.