DES QUALITÉS , FORCE ET PROPRIETES DES BOIS DE CHARPENTE
Les bois de charpente sont ceux qui méritent la plus grande attention ; ils sont les plus considérables et les plus importans , soit qu'on considère leurs grandes dimensions, soit qu'on examine les qualités qu'ils doivent avoir pour former des ouvrages solides et durables. Souvent ils sont destinés à soutenir de très-grands fardeaux, à résister aux plus grands efforts et à être exposés aux intempéries de l'air. Selon le pays et les circonstances, ces bois composent la totalité des édifices, ou n"y entrent que comme parties, en s'unissant aux autres genres de construction. Presque toujours ils servent à former les planchers et les combles. Dans tous ces cas , ils sont susceptibles d'une grande durée, lorsqu'ils ont la force et les dimensions proportionnées aux efforts qu'ils ont à soutenir.
La pierre a, il est vrai, sur le bois, l'avantage d'une plus grande dureté, de pouvoir résister plus long-temps aux intempéries de l'air, de n'être pas sujette à se tourmenter et à changer de forme et de volume, de procurer aux édifices qui en sont construits une solidité et une stabilité plus grandes que celles qui résultent de l'emploi du bois.
Les propriétés du bois sont d'être moins fragile que la pierre, d'être plus facile à travailler et à transporter. Le bois, étant formé de fibres longitudinales, très-raides et fortement unies entre elles, peut également servir à tirer et à porter. Il peut être posé debout, en travers ou incliné. La pierre, au contraire, étant composée de parties grenues réunies en tous sens, ne peut résister solidement qu'à l'effort de la pression, étant posée l'une sur l'autre. Les pierres qu'on trouve posées en travers comme des pièces de bois, pour former des plafonds ou des architraves, dans les anciens édifices des Egyptiens et des Grecs, supposent une consistance qui ne se trouve pas dans les pierres ordinaires. Au reste, même en admettant cette qualité, l'emploi de la pierre, pour les cas dont il s'agit, entraîne après lui plus d'entraves qu'il ne peut procurer d'avantage : et l'architecture de ces peuples parait constamment assujettie aux dispositions que prescrit à l'art de bâtir une matière à la fois si forte sous le fardeau, et cependant si exposée à se rompre.
Le plus grand inconvénient de l'emploi du bois dans la consfruc-
tion des édifices, est de les rendre sujets aux incendies. Cette raison, plus que toute autre, a contribué à discréditer les constructions en bois et à en diminuer l'usage. C'est à cette cause qu'il faut attribuer le perfectionnement de l'art des voûtes, au point de suppléer aux toits de charpente et aux planchers.
Il est cependant beaucoup de circonstances où l'on ne peut substituer la pierre au bois, entre autres pour les machines et les constructions hydrauliques. Le bois est même nécessaire pour la construction des édifices tout en pierre ou en brique; les cintres, les échafauds et les machines ne peuvent être construits qu'en cette matière.
Les bois dont on fait le plus d'usage sont le chêne et le sapin.
Le bois de chêne est un des meilleurs qu'on puisse employer poulies ouvrages de charpente; il a toutes les qualités nécessaires, telles que la grandeur , la force et la fermeté. Il se trouve des chênes assez grands pour fournir des pièces de bois de 60 à 80 pieds de long sur 2 pieds d'équarrissage 1. Dans l'usage ordinaire, les plus grandes poutres ne passent pas 36 à 40 pieds de longueur, sur 2 pieds ou 2 pieds un quart d'équarrissage. Les pièces de bois de ces dimensions passent pour être de la première qualité et se vendent fort cher 2.
Quant à la dureté de son bois, le chêne a l'avantage sur tous les autres arbres qui peuvent fournir d'aussi grandes pièces. 11 est aussi le
1 Harlay rapporte que dans le comté d'Oxford , en Angleterre , on avait abattu un chêne dont le tronc avait produit une poutre de 5 pieds en carré, sur 40 pieds de long. Ray rapporte , dans son Histoire générale des Plantes , qu'on voyait de son temps , en Westphalie , plusieurs chênes monstrueux dont un , qui servait de citadelle , avait 30 pieds de diamètre sur 130 pieds de haut. Charles 1er., roi. d'Angleterre , fit abattre un chêne prodigieux dont le tronc fournit quatre poutres de chacune 40 pieds de long, sur 4 pieds 9 pouces en carié.
2 Cet échantillon est aussi reconnu pour être le plus fort dont on puisse faire usage dans la marine. « Si les arbres reconnus sains et bien venans n'ont pas 1 mètre 62 cent. • (environ 5 pieds) de tour à hauteur d'un mètre de terre, on doit les tenir en re- » serve pour les laisser croître.
» Ce serait une erreur de croire qu'on ne doit faire choix pour la marine que des » arbres de la plus forte dimension : sans doute ceux-ci sont essentiels à ménager, parce » qu'ils offrent souvent des pièces rares ; mais , par cela même qu'ils sont anciens et surâgés , » la qualité en est douteuse et la détérioration prompte. Au contraire, l'arbre d'une » moyenne dimension est ordinairement plus sain, son échantillon se rapproche da- » vantage de celui qu'onexige dans les vaisseaux.
» Ainsi , les arbres de 2, 3 et 4 mètres de tour sont préférables , sous tous les rap- » ports , à ceux de 5 et 6 mètres, qui conviennent rarement à la marine » {Instruction sur le choix, le martelage et l'exploitation des bois de marine , publiée en l'An XI par l'administration générale des forêts. )
plus pesant, celui qui se conserve le mieux à l'air, plongé dans l'eau ou enfoncé dans la terre. On dit ordinairement que le chêne est cent ans à croître, qu'il se maintient cent ans, et qu'il est cent ans à dépérir sur \ pied; mais l'expérience prouve que cette tradition ne repose sur aucun, fondement. On fait usage du chêne depuis 60 jusqu'à 200 ans : passé ce temps il dépérit , et avant il est sans beaucoup de force et de consistance. Lorsque ce bois a été coupé dans une saison favorable et employé sec, à couvert des injures de l'air, il dure jusqu'à cinq à six cents ans; employé sous terre ou dans l'eau, on ne connaît pas le terme de sa durée, II a encore l'avantage de la force sur les bois de construction de même grandeur. Le bois de chêne, ainsi que celui de tous les autres arbres, varie de pesanteur, de dureté, de densité et de force, selon la nature des terrains où il croît. La densité est toujours en rapport avec la durée de l'accroissement. Les arbres qui croissent le plus lentement ont toujours leur bois plus dur, plus pesant, plus compacte et plus fort.
On ne distingue pas d'aubier dans les arbres dont le bois est mou, tels que le tilleul , le bouleau, l'aune , etc.
Il résulte des expériences faites sur le chêne et sur plusieurs autres espèces de bois, que leur force est proportionnelle à leur densité et à leur pesanteur, c'est-à-dire que, de deux pièces de même bois et de mêmes dimensions, la plus pesante est ordinairement la plus forte.
La pesanteur du bois varie dans un même arbre. On a observé que les pièces tirées de la partie inférieure de l'arbre sont plus pesantes que celles tirées du milieu , et que ces pesanteurs diminuent dans les parties les plus élevées, et les branches, en raison de ce qu'elles sont plus éloignées du bas du tronc. Ainsi, lorsqu'il s'agit de choisir une pièce forte, il faut la prendre dans la partie inférieure de l'arbre.
Dans les arbres qui n'ont pas acquis toute leur croissance, le bois pris vers le cœur du tronc est plus dur que celui de la circonférence. M. de Buffon a trouvé que cette dureté décroît à peu près en proportion arithmétique.
Dans les arbres parfaits , qui sont parvenus à toute leur croissance , la dureté est presque égale du centre à la circonférence.
Dans les arbres qui commencent à dépérir, le cœur est moins dur que la circonférence. Ces observations font voir combien il est essentiel de ne couper les arbres que dans le temps où ils ont pris tout leur accroissement
La pesanteur spécifique moyenne du bois de chêne nouvellement abattu est de 1000 à 1054; c'est-à-dire que le pied cube pèse de 70 à 74 livres; il diminue de poids en séchant. Pour qu'il soit assez sec pour être employé à la charpente, il faut que ce poids soit réduit à 60 ou 63 livres. On a reconnu que le plus grand degré de dessèchement qu'il puisse acquérir, est d'environ le tiers de son poids, ce qui réduit la pesanteur, pour 1 pied cube, à 50 ou 53 livres.
Le bois de chêne, et en général tous les bois trop secs, sont moins forts et plus cassans que ceux nouvellement coupés ; ces derniers sont de peu de durée, ils se corrompent facilement. Les bois moyennement secs, c'est-àdire qui n'ont perdu que le sixième de leur poids, sont ceux qu'il fautpréférer.
Les fibres des bois nouvellement coupés , étant encore remplies de sève, sont plus liantes, plus fortement réunies que dans les bois toutà-fait secs. Dans ces derniers , les fibres ont plus de roideur et moins d'adhérence; c'est pourquoi ils se fendent plus facilement, et se rompent tout à coup sous une charge moindre.
Les fibres des bois moyennement secs sont plus roides que celles des bois verts, et plus adhérentes que celle des bois secs; d'où il résulte que le degré moyen de dessèchement le plus avantageux pour les ouvrages de charpente, est celui où le poids du pied cube, est réduit à 50 ou 53 livres.
Dans les constructions en charpente, les bois agissent tantôt par leur force absolue, et tantôt par leur force relative. Nous entendons par force absolue, l'effort qu'il faut pour rompre un morceau de bois, en le tirant par les deux bouts , selon la longueur de ses fibres.
La force relative du bois dépend de sa position : ainsi une pièce de bois posée horizontalement sur deux appuis placés à ses extrémités, se rompt plus facilement et sous un moindre effort que si elle était inclinée ou d'aplomb. On trouve que l'effort qu'il faut pour la rompre est d'autant moins grand, que ces pièces sont plus longues, et que cet effort ne décroît pas tout-à-fait en raison inverse de leur longueur, lorsque les grosseurs sont égales. Par exemple , une pièce de 6 pouces en carré de grosseur, sur 8 pieds de long , posée horizontalement, porte un peu plus du double d'une autre de même grosseur sur 1 6 pieds de long , posée de même.
On trouve encore que dans les bois dont les fibres ne sont pas tranchées, la force absolue de la grosseur est à peu près la même; en sorte qu'il faut un effort égal pour rompre deux morceaux de bois de même
nature et de même grosseur, en les tirant par les deux bouts, quoique
leur longueur soit différente.
Voici le résultat de quelques expériences sur la force absolue du bois
de chêne, dont la pesanteur spécifique était de 861, ou 61 livres le pied
cube :
'i°. Tiré par les deux bouts.
Première expérience.
Une petite tringle d'une ligne en carré sur 2 pouces de longueur, terminée par deux talons de 3 lignes pour la suspendre et soutenir le poids, étant posée verticalement et tirée par les deux bouts , s'est rompue dans la partie où sa grosseur n'était que d'une ligne, sous un effort de 107 livres.
Une autre semblable, et tirée du même morceau de bois, s'est rompue sous un poids de 98
Une autre idem a porté 1 02
Total 307
dont le tiers donne pour résultat moyen 102 -3.
Deuxième expérience.
Une autre tringle de même bois, de 2 lignes en carré, et de 2 pouces
de longueur, a porté, avant de se rompre 407 livres.
Une autre, idem, a porté 387
Une autre 418
En tout 1212
dont le tiers donne pour résultat moyen 404 livres pour 4 lignes de superficie de grosseur, et pour une ligne 101 livres.
Troisième expérience.
Trois autres tringles de même grosseur, sur 8 pouces de long, se
sont rompues, la première, sous un poids de 405 livres.
La deuxième, sous un poids de 421
La troisième , sous 400
En tout 1226
qui donne 408 \ pour poids moyen , soutenu par 4 lignes de superficie, et pour une ligne 102 \. Ainsi ces trois dernières tringles ont porte plus que les précédentes, quoique leur longueur fut quatre fois plus grande.
Quatrième expérience.
Trois autres tringles de même grosseur et d'un pied de long, ont porté, avant de se rompre,
La première 417 livres.
La deuxième . 395
La troisième 408
Total 1220
qui donne pour poids moyen, porté par 4 lignes de superficie 405, et pour une ligne 101 t.
Cinquième expérience.
Trois autres tringles de chacune 3 lignes en carré , c'est-à-dire 9 lignes de superficie de base sur 8 pouces de long, se sont rompues,
La première sous un poids de 934 livres.
La deuxième 908
La troisième 915
Total 2757
qui donne 919 pour poids moyen, et 103 1 pour chaque ligne.
Sixième expérience.
Trois autres tringles de même grosseur sur un pied de long, se sont rompues ,
La première, sous un poids de 917 livres.
La deuxième 925
La troisième 911
Total 2753
qui donne 917 | pour poids moyen, et, à très-peu de chose près, 102 livres par ligne superficielle.
Septième expérience.
Trois autres tringles de 18 pouces de long, sur même grosseur, ont porté, avant de se rompre
La première 917 livres.
La deuxième 927
La troisième 913
Total 2757
qui donne 919 pour poids moyen, et pour chaque ligne 102 '-.
On peut conclure de toutes ces expériences , que la force absolue du bois de chêne ordinaire est d'environ 1 02 livres par ligne superficielle de sa grosseur.
2°. De la force des bois debout.
Si le bois n'était pas flexible , une pjéce de bois posée bien d'aplomb porterait une même charge , quelle que fût sa hauteur ; mais l'expérience prouve que dès qu'un poteau a plus de sept ou huit fois la largeur de sa base en hauteur, il plie sous la charge avant de s'écraser ou de se refouler , et qu'une pièce de bois dont la hauteur aurait cent fois le diamètre de sa base n'est plus capable de porter le moindre fardeau sans plier. La proportion selon laquelle cette force diminue en raison de la hauteur est difficile à déterminer à cause de la variété des résultats que donne l'expérience. Cependant, j'ai reconnu, par un grand nombre d'expériences, que lorsqu'une pièce de bois de chêne est trop courte pour pouvoir plier, la force qu'il faut pour l'écraser ou la faire refouler est de 40 à 48 livres par ligne superficielle de sa base , et que cette force, pour le bois de sapin, va de 48 à 56.
Des cubes de chacun de ces bois, mis en expérience, ont diminué de hauteur en se refoulant sans se désunir, ceux en bois de chêne de plus d'un tiers, et ceux en sapin de moitié.
Une pièce en sapin ou en chêne diminue de force dès qu'elle commence à plier, en sorte que la force moyenne du bois de chêne , qui est de 44 livres par ligne superficielle pour un cube, se réduit à 2 livres pour une pièce de même bois dont la hauteur est égale à 72 fois la largeur de la base. Un très-grand nombre d'expériences que j'ai faites à ce sujet m'ont donné la progression suivante :
Pour un cube dont la hauteur est un , la force est 1
Pour une pièce dont la hauteur est 1 2 \
Pour 24 •-
Pour 36 ]
Pour 48 i
Pour 60 £
Pour 72 -L
Ainsi , pour un cube en chêne d'un pouce de superficie de base , posé debout , c'est-àdire dont la direction des fibres est verticale , la force moyenne est exprimée par 144 x 44, qui donne 6336
Pour une tringle de même bois et de même superficie de base, sur 12 pouces de haut, la
force est 144 x
iX5
qui donne 5280.
Pour une tringle, idem, de 24 pouces de haut, la force est 144 x ■£ = 3168
Pour une autre de 36 pouces de haut, la force est 144 x -V-, qui donne 2112
Pour une de 48 pouces de haut, la force est de 144 x ^-, qui donne 1056.
Pour 60 pouces, 144 x £=528.
Pour 72 pouces, 144 x tx = 264.
Pour un cube d'un pouce carré en bois de sapin, posé de même, on a 144 x 52, qui donne 7488
Une tringle carrée, d'un p" de base, sur
L'expe'rience
donne*.
tWsultat
moyen.
12 p"' de haut, donne 144 x
Pour 24 pouces, 144 x -^,qui donne 3744.
Pour 36 pouces 144 x ^, qui donne 2496.
Pour 48 pouces , 1 44 x x» "• 248.
Pour 60 pouces, 144 x ~, 624.
Pour 72 pouces, 144 x —, 312.
