Pendant de nombreuses années, les valeurs de calcul des bois de construction canadiens ont été déterminées en testant de petits échantillons clairs. Bien que cette approche ait bien fonctionné dans le passé, certains éléments indiquaient qu'elle ne reflétait pas toujours avec exactitude le comportement en service d'un élément de taille normale.

À partir des années 1970, de nouvelles données ont été recueillies sur le bois d'œuvre calibré en grandeur réelle, connu sous le nom d'essais en cours de fabrication. Au début des années 1980, l'industrie canadienne du bois a mené un important programme de recherche dans le cadre du Programme des propriétés du bois du Conseil canadien du bois, portant sur les propriétés de résistance à la flexion, à la traction et à la compression parallèle au fil du bois de 38 mm d'épaisseur (2 pouces nominaux) pour tous les groupes d'essences canadiennes commercialement importants. Le Lumber Properties Program a été mené en coopération avec l'industrie américaine dans le but de vérifier la corrélation de la classification des bois d'œuvre d'une usine à l'autre, d'une région à l'autre et entre le Canada et les États-Unis.

Le programme d'essais au sol a consisté à tester des milliers de pièces de bois de construction jusqu'à leur destruction afin de déterminer leurs caractéristiques en service. Il a été convenu que ce programme d'essai devait simuler, aussi fidèlement que possible, les conditions structurelles d'utilisation finale auxquelles le bois serait soumis.

Après avoir été conditionnés à un taux d'humidité d'environ 15 %, les échantillons ont été soumis à une charge à court et à long terme conformément à la norme ASTM D4761. Des échantillons de bois de trois dimensions : 38 x 89 mm, 38 x 184 mm et 38 x 235 mm (2 x 4 po, 2 x 8 po et 2 x 10 po) ont été sélectionnés dans toutes les régions de culture du Canada pour les trois groupes d'essences commerciales les plus importants : épicéa-pin-sapin (S-P-F), sapin de Douglas-mélèze (D.Fir-L) et sapin-épicéa. Les essences Select Structural, No.1, No.2, No.3, ainsi que les essences de charpente légère, ont été échantillonnées en flexion. Les qualités Select Structural, No.1 et No.2 ont été évaluées en traction et en compression parallèlement au fil. Plusieurs essences de moindre volume ont également été évaluées à des intensités d'échantillonnage plus faibles.

Les essais sur le terrain ont permis d'établir de nouvelles relations entre les essences, les dimensions et les qualités. La base de données des résultats du bois de construction a été examinée afin d'établir les tendances des propriétés de flexion, de tension et de compression parallèles au grain, en fonction de la taille et de la qualité de l'élément. Ces études ont servi de base à l'extension des résultats à l'ensemble des qualités de bois d'œuvre et des dimensions des éléments décrits dans la norme CSA O86. Au Canada, la norme CSA O86 et le Code national du bâtiment du Canada (CNB) ont adopté les résultats du Programme des propriétés du bois de sciage. Les données ont également été utilisées pour mettre à jour les valeurs de calcul aux États-Unis.

Les données scientifiques issues du Lumber Properties Program ont démontré :

• une corrélation étroite entre les propriétés de résistance du bois de dimension n° 1 et n° 2 classé visuellement ;
• une bonne corrélation dans l'application des règles de classement d'une usine à l'autre et d'une région à l'autre ; et
• une diminution de la résistance relative à mesure que la taille augmente (effet de taille) - par exemple, la résistance unitaire à la flexion d'un élément de 38 × 89 mm (2 x 4 pouces) est supérieure à celle d'un élément de 38 × 114 mm (2 x 6 pouces).

Suite à ce programme d'essais, la norme ASTM D1990, basée sur un consensus, a été élaborée et publiée. Les données relatives à la flexion, à la traction parallèle au grain, à la compression parallèle au grain et au module d'élasticité continuent d'être analysées conformément à cette norme.

Contrairement au bois d'œuvre classé visuellement, dont les propriétés de résistance anticipées sont déterminées à partir de l'évaluation d'une pièce sur la base de l'aspect visuel et de la présence de défauts tels que les nœuds, les flaches ou l'inclinaison du grain, les caractéristiques de résistance du bois d'œuvre classé par contrainte mécanique (MSR) sont déterminées en appliquant des forces à un élément et en mesurant réellement la rigidité d'une pièce particulière. Lorsque le bois est introduit en continu dans l'équipement d'évaluation mécanique, la rigidité est mesurée et enregistrée par un petit ordinateur, et la résistance est évaluée par des méthodes de corrélation. Le classement MSR peut être effectué à des vitesses allant jusqu'à 365 m (1000 ft) par minute, y compris l'apposition d'une marque de classement MSR. Le bois de MSR fait également l'objet d'un contrôle visuel des propriétés autres que la rigidité qui pourraient affecter l'adéquation d'une pièce donnée. Étant donné que la rigidité de chaque pièce est mesurée individuellement et que la résistance est mesurée sur des pièces sélectionnées dans le cadre d'un programme de contrôle de la qualité, le bois de MSR peut se voir attribuer des résistances de conception spécifiées plus élevées que le bois de dimension classé visuellement.

Pour plus d'informations, consultez les ressources suivantes :

Canadian Lumber Properties (Conseil canadien du bois)

ASTM D1990 Standard Practice for Establishing Allowable Properties for Visually-Graded Dimension Lumber from In-Grade Tests of Full-Size Specimens (Pratique standard pour l'établissement des propriétés admissibles pour le bois de dimension à classement visuel à partir d'essais en cours sur des spécimens de taille normale)

ASTM D4761 Standard Test Methods for Mechanical Properties of Lumber and Wood-Based Structural Materials (Méthodes de test standard pour les propriétés mécaniques du bois de construction et des matériaux structuraux à base de bois)

Autorité nationale de classification des bois (NLGA)

Humidité, dégradation et termites

Le bois est un matériau naturel et biodégradable. Cela signifie que certains insectes et champignons peuvent décomposer le bois pour le recycler via la terre en un nouveau matériau végétal.

La décomposition, également appelée pourriture, est la décomposition de la matière organique par l'activité fongique. Quelques espèces spécialisées de champignons peuvent agir sur le bois. Il s'agit d'un processus important dans la forêt. Mais il s'agit évidemment d'un processus à éviter pour les produits en bois en service.

La clé de la lutte contre la pourriture est le contrôle de l'humidité excessive. L'eau en elle-même n'endommage pas le bois, mais elle permet à ces organismes fongiques de se développer. Le bois est en fait assez tolérant à l'eau et pardonne de nombreuses erreurs d'humidité. Mais un excès d'humidité involontaire (par exemple, une fuite importante dans un mur) peut entraîner un risque important de pourriture. Si un produit en bois doit être utilisé dans une application qui sera fréquemment mouillée pendant de longues périodes, des mesures doivent être prises pour protéger le bois contre la pourriture.

Différents types d'insectes peuvent endommager le bois, mais les principaux responsables des problèmes sont les termites. Les termites vivent partout dans le monde où le climat est chaud ou tempéré.

Une fondation permanente en bois (CPB) est un système de construction technique qui utilise des murs porteurs extérieurs en bois à ossature légère dans une application sous le niveau du sol. Une fondation permanente en bois se compose d'un mur à colombages et d'une sous-structure de semelle, construits en contreplaqué et en bois d'œuvre traités avec des produits de préservation approuvés, qui soutiennent une superstructure située au-dessus du niveau du sol. En plus de fournir un support structurel vertical et latéral, le système PWF offre une résistance aux flux de chaleur et d'humidité. Les premiers exemples de PWF ont été construits dès 1950 et nombre d'entre eux sont encore utilisés aujourd'hui.

Le PWF est un système technique solide, durable et éprouvé qui présente un certain nombre d'avantages uniques :

• les économies d'énergie résultant de niveaux d'isolation élevés, réalisables grâce à l'application d'une isolation des cavités des montants et d'une isolation extérieure rigide (jusqu'à 20% de transfert de chaleur peuvent se produire à travers les fondations) ;
• un espace de vie sec et confortable grâce à un système de drainage supérieur (qui ne nécessite pas de tuiles pleureuses) ;
• une augmentation de l'espace habitable puisque les cloisons sèches peuvent être fixées directement sur les montants des murs de fondation ;
• résistance à la fissuration due aux cycles de gel/dégel ;
• s'adapte à la plupart des constructions, y compris les vides sanitaires, les annexes et les sous-sols aménagés ;
• un seul corps de métier pour une planification plus efficace de la construction ;
• constructible en hiver avec une protection minimale autour des semelles pour les protéger du gel ;
• une construction rapide, qu'il s'agisse d'une ossature sur place ou d'une préfabrication hors site ;
• les matériaux sont facilement disponibles et peuvent être expédiés efficacement vers les sites de construction ruraux ou éloignés ; et
• une longue durée de vie, sur la base de l'expérience acquise sur le terrain et en ingénierie.

Les MPO conviennent à tous les types de construction à ossature légère couverts par la partie 9 "Logements et petits bâtiments" du Code national du bâtiment du Canada (CNB), c'est-à-dire que les MPO peuvent être utilisés pour des bâtiments d'une hauteur maximale de trois étages au-dessus des fondations et dont la surface de construction ne dépasse pas 600 mètres.². Les MPO peuvent être utilisés comme systèmes de fondation pour les maisons individuelles, les maisons en rangée, les appartements de faible hauteur et les bâtiments institutionnels et commerciaux. Ils peuvent également être conçus pour des projets tels que les vides sanitaires, les ajouts de pièces et les fondations de murs de genoux pour les garages et les maisons préfabriquées.

Il existe trois types différents de PWF : le sous-sol à dalle de béton ou à plancher de bois, le sous-sol à plancher de bois suspendu et le vide sanitaire non excavé ou partiellement excavé. Les montants de bois utilisés dans les CPE sont généralement de 38 x 140 mm (2 x 6 pouces) ou de 38 x 184 mm (2 x 8 pouces), de qualité n° 2 ou supérieure.

Des méthodes améliorées de contrôle de l'humidité autour et sous le PWF permettent d'obtenir un espace de vie confortable et sec sous le niveau du sol. Le PWF est placé sur une couche de drainage granulaire qui s'étend sur 300 mm au-delà des semelles. Un pare-vapeur extérieur, appliqué à l'extérieur des murs, assure la protection contre les infiltrations d'humidité. Les joints calfeutrés entre tous les panneaux muraux extérieurs en contreplaqué et au bas des murs extérieurs ont pour but de contrôler les fuites d'air à travers le PWF, mais aussi d'éliminer les voies de pénétration de l'eau. Le résultat est un sous-sol sec qui peut être facilement isolé et aménagé pour un maximum de confort et d'économies d'énergie.

Tout le bois d'œuvre et le contreplaqué utilisés dans un PWF, à l'exception d'éléments ou de conditions spécifiques, doivent être traités à l'aide d'un produit de préservation du bois à base d'eau et identifiés comme tels par une marque de certification attestant de leur conformité à la norme CSA O322. Les clous résistants à la corrosion, les ancrages d'ossature et les sangles utilisés pour fixer les matériaux traités à l'aide d'un produit de préservation du bois doivent être galvanisés par immersion à chaud ou en acier inoxydable. Les pare-vapeur et les pare-humidité extérieurs doivent avoir une épaisseur d'au moins 0,15 mm (6 mil). Les panneaux de drainage à excroissances sont souvent utilisés comme pare-vapeur extérieur.

Pour plus d'informations, voir les références suivantes :

Fondations permanentes en bois (Conseil canadien du bois)

Fondations permanentes en bois 2023 - Durable, confortable, adaptable, économe en énergie, économique (Préservation du bois Canada et Conseil canadien du bois)

Manuel de conception en bois (Conseil canadien du bois)

Préservation du bois Canada

CSA S406 Spécification des fondations permanentes en bois pour les habitations et les petits bâtiments

CSA O322 Procédure de certification des matériaux en bois traité sous pression destinés à être utilisés dans des fondations permanentes en bois

CSA O86 Conception technique en bois

Code national du bâtiment du Canada

La "durabilité par la conception" est l'aspect le plus important des solutions durables. Il s'agit d'abord d'utiliser du bois sec, de le stocker de manière appropriée pour s'assurer qu'il reste sec, puis de concevoir le bâtiment de manière à protéger le bois ou, si le bois est exposé, de le concevoir de manière à ce qu'il n'accumule pas d'humidité. Il faut également veiller à ce que l'enveloppe du bâtiment soit conçue de manière à évacuer l'eau en vrac, à empêcher l'eau et la vapeur de pénétrer dans l'enveloppe et à évacuer l'eau qui s'y infiltre.

Pour les applications extérieures du bois, nous avons une forte tradition, ici en Amérique du Nord, d'utilisation de nos essences naturellement durables : le Western Red Cedar, le Eastern White Cedar, le cyprès jaune et le séquoia. Ce sont des choix familiers pour les terrasses, les clôtures, les bardages et les toitures. Ces essences sont résistantes à la décomposition à l'état naturel, en raison de leur teneur élevée en produits chimiques organiques appelés matières extractibles. Les extractibles sont des substances chimiques qui se déposent dans le bois de cœur de certaines espèces d'arbres lors de la transformation de l'aubier en bois de cœur. Outre le fait qu'elles confèrent au bois une résistance à la pourriture, les substances extractives donnent souvent au bois de cœur une couleur et une odeur.

Seul le bois de cœur présente ces dépôts protecteurs. L'aubier de tous les résineux d'Amérique du Nord est sensible à la pourriture et doit être protégé par d'autres moyens lorsqu'une résistance à la pourriture est nécessaire. L'aubier est la partie la plus récente de l'arbre, plus proche de l'écorce. Il n'a pas besoin d'être protégé contre la pourriture dans l'arbre vivant, car les réactions à la blessure empêchent tout organisme envahissant de pénétrer dans l'arbre. Le bois de cœur est la partie interne, plus ancienne, de l'arbre et n'est plus en vie.

Le bois de cœur se distingue souvent visiblement de l'aubier par sa couleur (le bois de cœur est généralement plus foncé), mais ce n'est pas le cas pour toutes les essences. Cependant, même si vous êtes sûr d'avoir du bois de cœur d'une espèce durable, vous n'avez peut-être pas le niveau de résistance que vous pensez. La résistance à la pourriture est souvent très variable et peut être plus faible dans les arbres cultivés en plantation. Il n'existe actuellement aucun moyen d'estimer de manière fiable la durabilité d'un morceau de bois de cœur naturellement durable.

Méthodes de traitement

Il existe deux méthodes de base pour le traitement : avec et sans pression. Méthodes sans pression sont l'application d'un produit de conservation par brossage, pulvérisation ou trempage de la pièce à traiter. Il s'agit de traitements superficiels qui n'entraînent pas une pénétration profonde ou une absorption importante du produit de conservation. Il est préférable de limiter leur utilisation aux cas suivants traitement sur le terrain pendant la construction (par exemple, lorsqu'une pièce de bois traitée sous pression doit être coupée sur place), dans les cas où seule une partie d'une pièce doit être traitée, dans les processus de fabrication des produits à base de bois lamellaire, dans la protection de la surface contre les moisissures ou dans les cas où une pièce de bois doit être traitée sur place. traitement correctif du bois en place. Par exemple, des mélanges de borate et de glycols sont utilisés pour traiter le bois sain laissé en place lors de la réparation de problèmes de pourriture. Le glycol aide le borate à pénétrer dans le bois sec, arrêtant l'activité de tout champignon qui entre en contact avec lui. La pénétration du conservateur est encore limitée et la fonction la plus importante est d'empêcher les champignons non détectés laissés sur place de se propager au bois sain.

Une pénétration plus profonde et plus complète est obtenue en faisant pénétrer le produit de préservation dans les cellules du bois par pression. Diverses combinaisons de pression et de vide sont utilisées pour faire pénétrer des niveaux adéquats de produit chimique dans le bois. Les produits de protection sous pression sont des produits chimiques transportés dans un solvant. Le solvant, ou support, est soit de l'eau, soit de l'huile. Les produits de préservation à base d'huile sont largement utilisés pour traiter les produits industriels tels que les traverses de chemin de fer, les poteaux électriques et les poutres de pont, ainsi que pour protéger les coupes dans les champs. Les produits de préservation à base d'eau sont plus largement utilisés sur les marchés résidentiels en raison de l'absence d'odeur, de la surface plus propre du bois et de la possibilité de peindre ou de teindre le produit en bois. Lorsqu'un produit en bois est utilisé dans une application connue pour présenter un risque, par exemple à l'extérieur, traitement sous pression est recommandé.

Types de conservateurs

Les produits de préservation du bois les plus couramment utilisés en Amérique du Nord dans la construction résidentielle sont des systèmes à base de cuivre en phase aqueuse, notamment le cuivre alcalin quaternaire (ACQ), l'azole de cuivre (CA) et l'azole de cuivre micronisé (MCA). Le bois traité avec ces produits de préservation a une teinte verte naturelle, bien que celle-ci puisse être masquée par l'utilisation de colorants qui donnent le plus souvent au bois traité une couleur brun moyen. Le cuivre est le principal biocide de ces systèmes. L'ACQ contient également des composés d'ammonium quaternaire qui agissent comme co-biocide pour protéger contre les organismes tolérants au cuivre. De même, CA et MCA contiennent du tébuconazole pour protéger contre ces organismes. 

L'arséniate de cuivre chromaté (ACC) a été largement utilisé dans la construction résidentielle jusqu'en 2004, date à laquelle son utilisation dans la plupart des applications résidentielles a été progressivement abandonnée. Il est désormais largement limité aux applications industrielles, mais peut encore être utilisé dans quelques applications résidentielles telles que les bardeaux et les fondations permanentes en bois. L'arséniate ammoniacal de cuivre et de zinc (ACZA) peut également être utilisé dans la plupart de ces applications, mais il est surtout utilisé pour le traitement du Douglas taxifolié et pour les applications marines.

Les borates constituent une autre classe de conservateurs en phase aqueuse utilisés en Amérique du Nord. Leur utilisation est actuellement limitée aux applications qui sont protégées de la pluie et d'autres sources persistantes d'eau. Il s'agit notamment des charpentes dans les zones à termites et de la réparation des charpentes pourries dans les bâtiments qui fuient et où la principale source d'humidité a été éliminée. Les borates sont également utilisés dans le cadre d'un double traitement, en association avec une enveloppe de créosote ou de naphténate de cuivre, pour protéger les traverses de chemin de fer.

Les systèmes de préservation à base d'eau sans métal, tels que PTI et EL2, contiennent des fongicides et des insecticides à base de carbone. Le bois traité avec ces systèmes est utilisé dans la construction résidentielle aux États-Unis et est limité aux applications hors sol.

Les conservateurs à base d'huile comprennent la créosote, le pentachlorphénol et le naphténate de cuivre et de zinc. La créosote est le célèbre produit de préservation du bois noir et huileux, le plus ancien type de produit de préservation encore utilisé de nos jours. Au Canada, elle est utilisée presque exclusivement pour les traverses de chemin de fer, où sa résistance aux mouvements de l'humidité est un avantage clé. Le pentachlorophénol dans l'huile est principalement utilisé pour les poteaux électriques, où les caractéristiques d'assouplissement de la surface de l'huile sont utiles pour l'escalade des poteaux. Le naphténate de cuivre et le naphténate de zinc sont deux conservateurs couramment utilisés pour traiter les coupes sur le terrain. Le naphténate de cuivre est également utilisé pour traiter les traverses et le bois de construction aux États-Unis.

Modification thermique

Les propriétés du bois sont modifiées lorsqu'il est exposé à des températures élevées (160-260°C) dans des conditions d'oxygène réduit. Les fours de modification thermique utilisent des températures beaucoup plus élevées que les fours de séchage et utilisent de la vapeur (ou d'autres milieux excluant l'oxygène) pour protéger le bois de la dégradation à ces températures élevées. Le bois modifié thermiquement qui en résulte a généralement une couleur plus foncée, une stabilité dimensionnelle accrue et une meilleure résistance à la pourriture. La modification thermique peut réduire certaines propriétés mécaniques et ne protège pas le bois contre les insectes. Le bois modifié thermiquement est généralement utilisé dans des applications non structurelles, en surface, telles que le bardage, les terrasses et les meubles d'extérieur.