Analysis of the mechanical properties of Caixeta wood in relation to moisture content variations: Implications for ABNT NBR 7190:2022

Le bois est un matériau de construction remarquable, prisé pour sa capacité à supporter des charges lourdes tout en restant assez léger pour être soulevé à la main. Ce rapport résistance-poids élevé le rend idéal pour la construction de tout, des cadres simples aux poutres techniques complexes. Cependant, le bois n'est pas une substance statique comme l'acier ou le béton ; c'est un matériau vivant, qui respire, et qui échange constamment de l'eau avec l'air environnant. Cette capacité à absorber et à libérer l'humidité, appelée hygroscopie, signifie que la structure interne du bois change selon les variations météorologiques. Lorsque le bois absorbe de l'eau, ses fibres gonflent, et sa capacité à résister à la rupture ou à la flexion s'affaiblit généralement. Les ingénieurs doivent tenir compte de ce comportement pour garantir qu'un pont ou un bâtiment en bois reste sûr tout au long de sa vie, en ajustant leurs calculs en fonction de l'état sec ou humide attendu du bois.

Au Brésil, un ensemble spécifique de règles connues sous le nom d'ABNT NBR 7190:2022 guide la manière dont les ingénieurs conçoivent avec le bois. Ces règles fournissent un point de référence standard, en supposant que le bois sera utilisé à une teneur en humidité de 12 pour cent. Si le bois est plus humide ou plus sec que cela, le code propose une méthode mathématique pour estimer à quel point le bois sera plus fort ou plus faible. Le code agit essentiellement comme un traducteur, convertissant les mesures prises en laboratoire en valeurs qui peuvent être utilisées en toute sécurité dans la construction. Mais pour que cette traduction fonctionne parfaitement, les règles doivent refléter avec précision le comportement réel de différents types de bois. Bien que le code fonctionne bien pour de nombreuses espèces, il existe un besoin croissant de vérifier si ces ajustements standards sont toujours vrais pour les bois tropicaux divers et uniques trouvés dans l'Amazonie et d'autres régions du Brésil.

C'est à cette question que Nicolas Freitas et Francisco Rocco, de l'Université de São Paulo, ont voulu répondre. Ils se sont concentrés sur un arbre tropical spécifique appelé caixeta, scientifiquement connu sous le nom de Simarouba amara. Cette espèce suscite l'intérêt pour son potentiel d'utilisation dans des applications structurelles, y compris la production de bois lamellé-collé, qui est un type de bois technique fabriqué en collant des couches ensemble. Les chercheurs voulaient voir si le code brésilien standard prédisait correctement la performance du bois de caixeta lorsqu'il est humide, spécifiquement lorsqu'il est proche de son point de saturation des fibres. Ce point de saturation est le moment où les parois cellulaires du bois sont complètement remplies d'eau, mais où aucune eau libre n'existe dans les espaces ouverts entre les cellules. Pour le caixeta, l'équipe a trouvé que ce point se situait autour d'une teneur en humidité de 24,25 pour cent.

Pour tester cela, l'équipe a rassemblé treize grandes poutres de bois de caixeta provenant d'un fournisseur de São Paulo, qui avaient été récoltées dans l'État du Mato Grosso. Ils ont découpé ces poutres en morceaux de test plus petits, en veillant à ce que, pour chaque pièce de bois, ils créent deux ensembles d'échantillons : un ensemble séché jusqu'au niveau d'humidité standard de 12 pour cent, et un autre maintenu humide à 25 pour cent, soit légèrement au-dessus du point de saturation. Cette configuration minutieuse leur a permis de comparer exactement le même bois sous deux conditions différentes, éliminant ainsi toute incertitude quant à savoir si les différences étaient dues au bois lui-même ou simplement à la variation naturelle entre les arbres. Ils ont ensuite soumis ces échantillons à une batterie de tests rigoureux, mesurant tout, de la dureté du bois à la force qu'il peut supporter avant de rompre en traction, en compression ou en flexion.

Les résultats ont révélé un schéma clair : à mesure que la teneur en humidité augmentait, les propriétés mécaniques du bois de caixeta diminuaient généralement. Le bois plus humide était effectivement plus faible et moins rigide que le bois plus sec. Cependant, l'histoire est devenue plus complexe lorsque les chercheurs ont comparé leurs mesures réelles aux chiffres prédits par le code officiel. Les règles standards suggéraient que la résistance du bois chuterait d'un certain montant à mesure qu'il devient humide, mais les tests en conditions réelles ont raconté une histoire différente. Dans de nombreux cas, le bois humide était plus résistant que ce que le code prédisait. Par exemple, en examinant la capacité du bois à résister à la flexion, la valeur expérimentale était environ 16,66 pour cent plus élevée que la valeur estimée. De même, la rigidité du bois en compression était d'environ 12,75 pour cent plus élevée que ce que la formule standard calculait.

La découverte la plus significative concernait la manière dont le bois devrait être classé à des fins de construction. Sur la base de leurs tests au niveau d'humidité standard de 12 pour cent, les chercheurs ont calculé une valeur de résistance spécifique qui plaçait ce lot de caixeta dans une catégorie de résistance supérieure, connue sous le nom de D30. Il s'agit d'un changement notable, car le code brésilien actuel répertorie le caixeta comme une espèce D20, ce qui implique qu'il est plus faible. Cette divergence souligne une réalité cruciale : le bois d'une même espèce peut varier considérablement selon l'endroit où il a été cultivé et le lot spécifique utilisé. La classification standard pourrait sous-estimer le potentiel de ce bois particulier, ou elle pourrait simplement refléter un manque de données récentes et spécifiques pour cette espèce.

L'étude conclut que, bien que les facteurs de correction standards du code brésilien constituent une base utile, ils ne capturent pas parfaitement le comportement du bois de caixeta lorsqu'il est humide. Le code a tendance à être conservateur, prédisant une perte de résistance plus grande que ce qui se produit réellement en laboratoire. Cela suggère que, pour cette espèce spécifique, les ingénieurs pourraient utiliser le bois plus efficacement que ne le permettent les règles actuelles, à condition d'avoir accès à de meilleures données. Cependant, les auteurs prennent soin de noter que leurs résultats proviennent d'un seul lot de bois d'un lieu spécifique. Ils soulignent que ces conclusions ne doivent pas être immédiatement appliquées à tous les arbres de caixeta partout. Au contraire, leur travail sert d'appel à l'action pour étendre la base de données des résultats expérimentaux pour les espèces tropicales indigènes. En rassemblant plus de données provenant de différentes origines et de différents lots de bois, la communauté scientifique peut affiner ces règles, garantissant que l'utilisation du bois tropical dans la construction soit à la fois sûre et optimisée pour son véritable potentiel.