2. Assemblages

2.1. Généralités

Le bois présente deux avantages importants :

  • un faible poids spécifique : 0.4 à 0.6 t/m³, soit 4 à 5 fois moins que le béton,
  • une bonne résistance à la compression et à la traction; la contrainte admissible étant dans les deux cas la contrainte admissible en compression du béton.

De plus, les modules de déformations sous charge de longue durée du bois et du béton sont très proches. Le bois présente donc des caractéristiques mécaniques voisines de celle du béton en compression mais son poids spécifique est nettement moindre.

Par contre, le bois présente deux inconvénients majeurs :

  • la longueur des bois sciés est limitée,
  • la transmission des efforts dans les nœuds est un problème délicat à résoudre.

Pour la réalisation des poutres droites et des arcs (les arcs), le bois lamellé-collé donne une solution à ce premier problème, néanmoins celui des assemblages subsiste.

2.2. Assemblages traditionnels

On qualifie d'assemblages traditionnels ceux qui font appel pour la transmission des efforts, à la réaction mutuelle bois sur bois des pièces assemblées. Les ferrures ou boulons ne sont pas destinés dans ce cas à transmettre les efforts; leur rôle est seulement de maintenir les bois assemblés dans une position correcte et de s'opposer au fendage.

Ces assemblages introduisent dans les pièces des tensions de compression localisées; les pièces doivent généralement être entaillées pour que leurs appuis mutuels soient réalisés suivant des surfaces sensiblement normales aux efforts.

Les assemblages les plus souvent utilisés sont les assemblages par tenon et mortaise et les assemblages par embrèvement.

2.2.1. Les tenons et mortaises

La capacité de charge à la compression est limitée à la surface d'appui réelle, c'est-à-dire que celle du tenon est soustraite, multipliée par la charge admissible de compression.

Nous avons, par exemple, un poteau de section 14x18 (cm) dont le tenon est de 14x4 (cm). La charge admissible en compression est de 16 kg/cm². La charge à la compression vaut alors : 14 x (18 - 4) x 16 = 3 136kg.

La capacité de charge à la traction est nulle. Cet assemblage chevillé ne peut supporter que des efforts très faibles et ne doit pas être utilisé de façon permanente.

La capacité de charge au cisaillement est limitée à la section du tenon multiplié par la charge admissible au cisaillement.

Par exemple, un poteau 14x18 (cm) dont le tenon a 14x4 (cm) peut supporter un cisaillement de 14 x 4 x 10 = 560 kg, si la contrainte admissible au cisaillement est de 10 kg/cm².

2.2.2. Les embrèvements

Il s'agit d'un assemblage à entaille de deux pièces de bois de travers (obliques ou perpendiculaires) avec tenon et mortaise biaises. Il permet de recevoir, dans le flanc d'une barre, un effort de compression que lui transmet, par son about, l'autre barre, en position oblique. Dans le cas des embrèvements, les surfaces d'appui sont taillées dans le flanc de la pièce réceptrice.

L'effort de compression dans la barre oblique, P, se décompose en une réaction H, axée dans l'autre barre, et une réaction V, perpendiculaire à cette dernière.

Attach:decompositioneffort.bmp

Source : Charpentier d'aujourd'hui, technologie des charpentes en bois, calcul et mise en oeuvre de René DEMOTZ. Editions H. Vial.

La transmission de ces efforts se fait par l'intermédiaire des différentes surfaces d'appui et le rendement est plus ou moins bon selon l'angle de taille. Le meilleur résultat de transmission de l'effort est obtenu en utilisant l'un des trois cas suivants :

  • Embrèvement simple à l'arrière

Attach:embrevementsimplearriere.bmp

Source : Charpentier d'aujourd'hui, technologie des charpentes en bois, calcul et mise en oeuvre de René DEMOTZ. Editions H. Vial.

L’appui de l’embrèvement arrière sera taillé dans la bissectrice de l’angle.

La profondeur p1 ne dépassera pas h/4.

La valeur de P1 est donnée dans des tables en fonction de l'angle alpha.

  • Embrèvement simple à l'avant

Attach:embrevementsimpleavant.bmp

Source : Charpentier d'aujourd'hui, technologie des charpentes en bois, calcul et mise en oeuvre de René DEMOTZ. Editions H. Vial.

L’appui de l’embrèvement avant sera taillé perpendiculairement à la charge.

La profondeur p2 ne dépassera pas h/4.

La valeur de P2 est donnée dans des tables en fonction de l'angle alpha.

  • Embrèvement double

Attach:embrevementdouble.bmp

Source : Charpentier d'aujourd'hui, technologie des charpentes en bois, calcul et mise en oeuvre de René DEMOTZ. Editions H. Vial.

L'embrèvement avant doit être perpendiculaire à la charge.

La profondeur p1 ne dépassera pas h/6 et, celle de p2, h/4.

La valeur de la charge P s'obtient en additionnant la valeur de P pour l'embrèvement avant et pour l'embrèvement arrière.

2.3. Assemblages par boulons

La charge transmise par assemblage boulonné fait l'objet d'une double estimation :

  • la pression maximale pouvant être transmise par la tige du boulon sur le bois (pression diamétrale);
  • le comportement du boulon en flexion.

Les boulons ont au moins 12 mm de diamètre.

En l'absence de gousset en acier, il faut prévoir des rondelles ou plaques de répartition de façon à répartir convenablement les pressions sur le bois, lors du serrage des boulons.

Dimensions des rondelles :

Diamètre du boulon d (mm)1216202224
Epaisseur de la rondelle e (mm)66888
Diamètre de la rondelle D (mm)58688092105
Côté de la plaque b (mm)5060708095

La disposition des boulons doit être conforme aux schémas ci-dessous : la distance entre boulons, dans le sens de l'effort, et le bord libre chargé vaut 7d avec au minimum 10 cm.

Attach:dispositionboulons.bmp

Perpendiculairement à la direction de la force, la distance entre les boulons et entre le boulon et le bord, il faut 3 diamètres.

Le calcul de la charge admissible du boulon tient compte de la compression contre le bois, du cisaillement et de la flexion du boulon.

L'effort transmis par un boulon dans le sens axial des bois résineux vaut (unités N et mm) :

  • Boulon simplement cisaillé :

Attach:boulonsimplementcisaille.bmp

             * si d > a/4.25 : N < a d  (pression diamétrale : 4 N/mm²);

             * si d < a/4.25 : N < 17 d²     (flexion du boulon).
  • Boulon doublement cisaillé :

Attach:boulondoublementcisaille.bmp

             * si a2 > 1.3 x a1 et   * d > a1/4.73 : N < 2 x 5.5 a1 d (pression diamétrale sur le bois latéral : 5.5 N/mm²);

                                     * d < a1/4.73 : N < 2 x 26 d² (flexion du boulon);

             * si a2 < 1.3 x a1 et   * d > a2/4.47 : N < 8.5 a2 d (pression diamétrale sur le bois central : 8.5 N/mm²);

                                     * d > a2/4.47 : N < 38 d² (flexion du boulon).

Si l'effort est radial, il doit être réduit à 75 % de la valeur donnée ci-dessus et la limitation de la pression diamétrale donne respectivement :

  • N < 3 a d (simple cisaillement);
  • N < 2 x 4.12 a1 d (bois latéral en double cisaillement);
  • N< 5 a2 d (bois central en double cisaillement).

Dans les bois en contre-plaqué, la pression diamétrale est limitée à la contrainte admissible en compression est de 8 N/mm².

L'effort transmis par un boulon dans un contre-plaqué d'épaisseur e vaut donc : N < 8 e d.

Lorsque que les goussets sont en acier, l'effort admis est multiplié par 1.25.

Ainsi, pour un pièce de bois placée entre deux goussets métalliques, on a : N < 10.6 x a2 d (pression diamétrale) ou N < 47.5 x d².

2.4. Assemblages par clous

L'effort transmis par un clou dépend de son diamètre, et celui-ci est limité par le risque de fendage.

L'effort admis pour chaque section cisaillée d'un clou, quel que soit le sens des fibres, vaut : N = (50 d²) / (1 + 0.1 d) (N et mm).

L'épaisseur minimale du bois cloué sans forage préalable vaut : a = d (3 + 0.8 d).

L'épaisseur minimale des contre-plaqué vaut : a = 3 d.

Le clou est entièrement efficace si la profondeur de pénétration s atteint 8 fois le diamètre.

Si s = 4 d, l'effort admis est divisé par 2. Si 4 d < s < 8 d, l'effort admis est interpolé entre N/2 et N. Si s < 4 d, l'effort est considéré comme nul.

Les goussets métalliques ont une épaisseur minimum de 2 mm.

Les écartements des clous entre eux, ainsi que les distances les séparant du bord des bois sont proportionnels aux diamètres des clous choisis. Pour les bords des bois, il faut distinguer un bord chargé, que l'effort à tendance à arracher et un bord non chargé, que l'effort ne sollicite pas.

Les écartements entre les pointes sont les suivants :

  • Dans une file, dans la direction de la force :
            * 10 d entre les clous (12 d) (b);
            * 15 d du bord chargé au clou (c);
            * 7 d du bord libre au clou (10 d) (d).
  • Entre file, perpendiculairement à la direction de la force :
            * 5 d entre clous et du bord libre au clou (a);
            * 7 d du bord chargé au clou (10 d) (a).

Les chiffres entre parenthèses correspondent à d < 4.2 mm.

Attach:dispositionclous.bmp

Epaisseur des bois, profondeurs de pénétration des clous charges par clou et par section cisaillée :

Attach:tableau.bmp