Concevoir avec du bois dur : les implications

Concevoir avec des bois durs n’est pas qu’une question de choix esthétique. Il s’agit d’une décision technique, qui a un impact direct sur la résistance mécanique, la densité du matériau, la durabilité et le comportement au vissage.

En l’absence d’une évaluation soigneuse, employer du bois dur dans le secteur du bâtiment peut être problématique. Les vis standard, en particulier celles en acier non traité ou avec filetage à pas large, pénètrent difficilement dans des essences de bois qui ont une densité élevée, telles que le hêtre, le chêne ou le frêne.
Les risques encourus avec des vis standard sont alors la rupture de la vis ou un manque de fiabilité de la fixation.

Plus denses, plus stables, souvent locaux : les bois durs sont utilisés dans de nombreux contextes architecturaux, du bois massif d’Amérique du Nord aux toitures traditionnelles en Europe. Justement en raison de leur structure cellulaire compacte, ils exercent un effort plus important sur les systèmes de fixation.

Les vis structurelles pour bois doivent donc être sélectionnées (et testées) en fonction des essences. De cette nécessité concrète est née la gamme Rothoblaas pour bois dur : des vis conçues pour pénétrer, s’ancrer et durer, y compris en présence d’acidité élevée ou de tanins corrosifs.

Qu'est-ce que le bois dur ? Caractéristiques techniques et résistance

Le terme bois dur, hardwood en anglais, ne se réfère pas qu’à dureté la de la surface, mais à des feuillus à croissance plus lente, avec des fibres ligneuses plus compactes. Avec un même volume, ils offrent plus de résistance à la compression, à la flexion et au cisaillement que les autres bois.
Cette complexité se reflète dans la chaine de production : des équipements plus performants sont nécessaires dès la phase de sylviculture, de la récolte au transport. Les troncs ont une plus grande masse et il est nécessaire de gérer plus soigneusement leur abattage et leur déplacement.
La densité plus importante a également une influence sur le travail en scierie et en menuiserie où, pour la découpe, le rabotage et le perçage, il est indispensable d’utiliser des outils plus résistants, des machines hautes performances et des lames spéciales.

Densité des principaux bois durs européens (en kg/m3) :

• Chêne (Oak) : 700–900

• Hêtre (Beech) : 720–800

• Frêne (Ash) : 680–750

En comparaison, un épicéa a une densité d’environ 450 kg/m3.

Ces valeurs expliquent pourquoi les bois durs résistent mieux aux charges. Toutefois, ils posent également des difficultés opérationnelles au moment de la fixation, lorsque la vis doit supporter un couple plus élevé pendant l’insertion.

Densité du bois et comportement au vissage : que dit la technique ?

La densité du bois est un facteur clé dans la conception des assemblages structurels.

Dans la tranche supérieure à 700 kg/m3, qui comprend le hêtre, le chêne, l’iroko et de nombreuses autres essences tropicales, l’utilisation de vis standard entraine des problèmes de déformation ou de perte de résistance. C’est pourquoi Rothoblaas a développé une gamme de vis structurelles pour bois dur conçues pour assurer une pénétration fluide, un couple contrôlé et une fixation mécanique sure, y compris sur des bois avec une densité dépassant les 1000 kg/m3.
Le résultat est un système d’assemblage qui réduit la nécessité de pré-perçage et qui maintient les performances dans le temps, y compris avec des essences de bois très dures.

Où les bois durs sont-ils utilisés aujourd’hui ?

Europe

• Centre de l’Italie, Balkans, Autriche, Suisse : l’utilisation du bois de chêne, de châtaignier et de hêtre est courante dans les toitures, les pergolas et les structures hybrides. Ce sont souvent des matériaux locaux, travaillés par des chaines d’approvisionnement régionales.

Europe du Nord

• la Suède, la Finlande et l’Allemagne les utilisent également pour les bâtiments résidentiels et les éléments structurels visibles.

Amérique du Nord

• Aux États-Unis, des essences telles que le chêne rouge ou blanc d’Amérique et le frêne sont utilisées dans des projets de « oak frame housing ».

Asie

• En Indonésie, aux Philippines, en Inde, au Vietnam, on utilise des essences tropicales dures principalement pour des projets haut de gamme ou dans lesquels sont employés des éléments structurels en bois dur recyclé.

Pourquoi doit-on utiliser des vis spécifiques pour les bois durs

La fixation des bois durs présente différents défis techniques : à cause de leur densité élevée, l’insertion des vis est plus difficile et demande un couple de serrage plus important, qui entraine un risque de rupture ou de fissuration du bois. Le filetage standard n’est pas conçu pour supporter ces conditions, ce qui occasionne des complications telles que la nécessité de pré-perçage et une perte de résistance dans le temps. De plus, de nombreux bois durs présentent un pH acide, qui accélère la corrosion des vis traditionnelles si elles ne sont pas correctement traitées.

C’est pour ces raisons que Rothoblaas a développé une gamme de vis spécifiques pour bois durs, avec des formes optimisées, des aciers renforcés (AISI 410) et des tests de performance sur différentes essences de bois.

Le rôle du pH dans les bois durs : un facteur chimique souvent négligé

De nombreux bois durs, en particulier le hêtre, le chêne et certains bois tropicaux présentent un pH inférieur à 4. Cette valeur indique une forte acidité naturelle, due à la présence d’acides taniques, de phénols et d’autres composants organiques.

Un pH inférieur à 4 peut accélérer la corrosion galvanique si les vis standard ne sont pas traitées ou revêtues de façon adéquate. Ce phénomène est particulièrement significatif dans des environnements fortement humides (par exemple dans la classe de service 3), où l’acidité du bois peut affecter la durée des fixations.

Les vis Rothoblaas pour bois dur sont conçues pour une utilisation en conditions sèches, où l’acidité du bois n’a pas d’incidence sur la corrosion. Dans des environnements humides ou pour des utilisations qui requièrent une plus grande résistance à la corrosion (comme dans le cas de bois à pH acide), la solution idéale est la vis en acier inoxydable AISI 410 (SHS AISI 410), qui offre un excellent compromis entre résistance à la corrosion et performances mécaniques. Il est important cependant d’éviter les sources de chlorure, que l’on trouve, par exemple, dans les environnements marins.

Les vis Rothoblaas pour bois durs

HBS HARDWOOD

Vis de charpente à tête cylindrique, avec pointe en forme de diamant et filetage haute pénétration. Optimisée pour être directement insérée, sans pré-perçage, dans des bois avec une densité pouvant atteindre 780 kg/m3.

Emplois : poutrages, pannes, nœuds structurels visibles.
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VGZ HARDWOOD

Vis structurelle avec tête escamotable, double filet et résistance axiale très élevée. Idéale pour assembler des sections soumises à des charges avec sollicitations de cisaillement.

Emplois : poutres principales, joints cachés, assemblages de murs.
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LBS HARDWOOD / LBS HARDWOOD EVO

Les vis LBS HARDWOOD et LBS HARDWOOD EVO sont conçues pour assurer des performances élevées, y compris dans des bois durs à haute densité, tels que le hêtre LVL (> 1000 kg/m³). Ces deux modèles se caractérisent par des formes de pointe et des technologies de dernière génération pour assurer une fixation optimale. La version EVO cependant est particulièrement efficace pour les assemblages bois-métal, grâce à une pointe plus agressive et à un filet optimisé, qui permet une insertion rapide et une plus grande résistance mécanique.

LBS HARDWOOD
VIS À TÊTE RONDE POUR PLAQUES SUR BOIS DURS

La vis LBS HARDWOOD est spécifiquement conçue pour une utilisation sur des bois durs. Sa pointe spéciale dotée d’éléments tranchants en relief la rend idéale pour les bois à haute densité. Certifiée selon l’ETA-11/0030, elle permet l’installation directe sans aucun pré-perçage sur des bois avec une densité pouvant atteindre 800 kg/m3. Grâce à son homologation pour des utilisations structurelles soumise à des sollicitations dans toutes les directions par rapport à la fibre, elle est adaptée à de nombreuses configurations de fixation.

Réalisée en acier au carbone électrozingué, elle est idéale pour les bois massifs, les bois lamellés-collés, les panneaux à base de bois (comme le CLT, le LVL, le LVL de hêtre) et les bois durs à haute densité tels que le hêtre, le rouvre, le cyprès, le frêne, l’eucalyptus et le bambou. Les tests et les certifications ont confirmé sa résistance, y compris sur des bois à haute densité, tels que le micro-lamellé LVL de hêtre.

Emplois : plaques en acier, systèmes hybrides, constructions avec éléments d’ingénierie, bois à haute densité.
LBS HARDWOOD

LBS HARDWOOD EVO
VIS À TÊTE RONDE POUR PLAQUES SUR BOIS DURS

LBS HARDWOOD EVO est une vis pour bois durs, dotée d’un revêtement C4 EVO, qui offre une résistance à la corrosion atmosphérique certifiée par le Research Institutes of Sweden – RISE. Ce revêtement est particulièrement adapté pour les bois avec un pH supérieur à 4, tels que le sapin, le mélèze et le pin. Le revêtement C4 EVO assure une résistance optimale, y compris dans des environnements exposés et garantit des performances élevées dans des conditions atmosphériques modérées.

Tout comme la version « standard », la vis LBS HARDWOOD EVO a une pointe avec des éléments tranchants en relief, qui permet le vissage direct sur des bois à haute densité, sans besoin de pré-perçage. La certification ETA-11/0030 confirme sa fiabilité pour les utilisations structurelles soumises à des sollicitations dans toutes les directions par rapport à la fibre du bois.

Emplois : plaques en acier, systèmes hybrides, constructions avec éléments d’ingénierie, assemblages bois-acier, structures en bois massif et en LVL.

LBS HARDWOOD EVO

SHS AISI 410
Grâce aux propriétés de l’acier inoxydable martensitique AISI 410, cette vis est idéale pour des utilisations en extérieur, en particulier avec des bois durs exposés à un environnement humide. La tête de dimension réduite et le filet performant assurent une insertion parfaite dans les bois peu épais.
Emplois : petites structures extérieures, travaux dans des environnements exposés à l’humidité, où la résistance à la corrosion est fondamentale.

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Pourquoi utiliser également ces vis avec des bois tendres ?

Une erreur fréquente consiste à penser que les vis pour bois durs sont surdimensionnées pour les bois les plus courants. En réalité :

• elles offrent des performances mécaniques supérieures : on a donc besoin de moins de vis pour obtenir la même résistance ;

• elles rendent l’installation plus rapide (insertion fluide, sans ruptures).

Résultat : moins de pièces, moins de déchets, une plus grande efficacité sur le site de construction.

Un exemple d’architecture en bois dur, avec utilisation de HBSH et de LBSH

Begawan Biji est un restaurant entouré d’une forêt et d’un jardin de permaculture à Payangan (Bali). Il a été construit avec un bois-de-fer tropical, assemblé au moyen de 750 fixations composées uniquement de connecteurs LOCKT et de vis HBSH et LBSH.

Utilisation des vis hardwood quand le bois n'est pas dur

L’investissement dans des vis haute performance ne sert pas que quand on travaille avec du chêne ou du teck, qui comptent parmi les essences les plus répandues dans les constructions en bois. Il est également utile dans tous les cas où l’on recherche la fiabilité structurelle, une longue durée de vie et une meilleure productivité sur le site de construction.

C’est pourquoi Rothoblaas a mis à disposition des données de résistance spécifiques pour chaque essence de bois et des tests comparatifs entre le bois dur et le bois tendre.

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Sources techniques

1. EN 1995-1-1 Eurocode 5, conception des structures en bois
   La norme requiert la vérification de la compatibilité mécanique entre les fixations et les supports en fonction de l’essence de bois, en apportant une attention particulière aux résistances et aux charges.

2. ETE – Évaluation Technique Européenne, lignes directrices pour la certification des vis
   Les vis doivent être testées sur des essences à haute densité pour vérifier leur résistance à l’insertion, à l’arrachement et au cisaillement. Le comportement dans les bois durs peut subir une variation allant jusqu’à 40 % par rapport aux bois tendres.

3. EN 14592, éléments de fixation pour des structures en bois
   La norme comprend des indications sur la corrosion, des prescriptions de durabilité et des essais en cas de conditions agressives (entre autres en présence d’un pH bas et de tanins).