Calcul de résistance des vis à bois

Voici les normes à suivre et les explications de calculs pour déterminer la résistance d’une vis à bois et faire le bon choix en fonction des charges à supporter.

Dès qu’on commence à construire des projets un peu sérieux en bois, on se pose la question de la solidité et la résistance des vis. On tombe vite soit sur des approximations qui ne sont pas forcement très rassurantes (Dédé qui nous assure que « Mais si, ça va passer laaaaarge ») soit sur des calculs qui semblent nécessiter d’avoir fait au moins une dizaine d’années d’études.

La formule qui fait peur

Voilà la formule qu’il faut utiliser pour connaitre la charge qu’une vis va pouvoir supporter sans risque :

Bon, pas de panique, nous aussi on a pris un peu peur la première fois qu’on a vu cette formule, mais ce n’est pas si compliqué au final, on va tout vous expliquer !

Cisaillement et arrachement

En tout premièr lieu, il faudra déterminer le type de force qui est principalement appliqué sur les vis. On trouve principalement deux types de forces : Le cisaillement et l’arrachement.

Le cisaillement, c’est plutôt la force qu’on va avoir quand on fixe une pièce de bois contre un mur :

L’arrachement, c’est quand par exemple on va fixer une pièce de bois au plafond.

On pourra souvent avoir un mélange des deux forces qui seront reprises par la vis. En fonction de l’endroit où elles seront placées, l’une des deux contraintes sera plus importante.

Charge à reprendre et durée de chargement

Il faut ensuite estimer ou calculer les charges qui vont être reprises par les vis. Cela va dépendre d’une part du poids de la structure en elle-même, mais également des charges que la structure va reprendre (Par exemple les meubles que vous allez mettre sur le plancher, le poids des personnes qui vont circuler…).

Là où sa commence un peu à se compliquer, c’est qu’il faut classer les charges en fonction de la durée pendant laquelle la charge va être appliquée. Voici un tableau récapitulatif avec quelques exemples :

Un autre tableau donne la durée de la charge pour savoir quelle catégorie choisir :

Si vous avez un doute pour choisir la catégorie, choisissez la classe de durée la plus longue.

Le type de bois utilisé

Il existe une multitude de sortes de bois : du bois massif, des panneaux de particules, des panneaux d’OSB, du lamellé-collé, etc. Chaque type aura une influence différence sur la vis qui viendra se fixé dedans.

Il suffit de mettre une vis dans un morceau de bois massif et une autre dans de l’OSB pour se rendre compte qu’avec la même vis, la force est loin d’être la même. C’est tout à fait normal puisque la structure interne des matériaux est complètement différente.

Pour vos calculs, il faut donc savoir à l’avance où vos vis vont être mises.

La classe de service

La température et l’humidité auront aussi un impact important sur la solidité de votre assemblage et la résistance de vos vis à bois. Là encore, il faut vous poser la question de savoir où vont se trouver vos vis.

Les normes regroupes les cas en 3 possibilités :

• Classe de service 1 : En intérieur, température autour de 20°C et humidité de l’air qui ne dépasse pas 65% la plupart du temps (quelques semaines par an maximum). C’est l’intérieur d’une maison en gros.
• Classe de service 2 : En intérieur, mais pas forcement chauffé, l’humidité peut allez jusqu’à 85% la plupart du temps. Ça va être par exemple le cas d’un atelier ou un garage.
• Classe de service 3 : En extérieur

Kmod, le coefficient de modification

Vous devez avoir maintenant toutes les caractéristiques de votre projet : Force principale appliquée (cisaillement ou arrachement), classe de service en fonction de l’endroit de votre projet, le type de bois, le poids à reprendre en fonction de la durée.

Cela va vous permettre de trouver un coefficient, qu’on appelle le coefficient de modification et qu’on va retrouver noté « Kmod »

Pour connaitre ce coefficient, pas besoin de calcul scientifique, il suffit de lire le tableau de la norme :

Par exemple, pour du bois massif, avec des charges sur le long terme et situé en extérieur, le coefficient de modification Kmod sera de 0.55

La résistance caractéristique

Il manque le dernier élément : La résistance de base de la vis, qu’on appelle la « résistance caractéristique » ou « valeur caractéristique ». Vous trouverez généralement cette information dans les catalogues des fabricants de vis un peu sérieux (ça sera plus compliqué pour trouver l’information dans une grande surface de bricolage par exemple, mais pas forcement impossible grâce aux déclaration de performances – DoP).

Voici un exemple avec le catalogue de la marque Simpsons :

Grâce à ces informations, vous pourrez connaitre la résistance caractéristique des vis en fonction du cisaillement ou de l’arrachement (appelle aussi traction comme ici).

Mais ATTENTION, les valeurs affichées dans ce tableau ne sont pas les valeurs que pourront reprendre les vis en toute circonstance. Ça serait trop facile et nos paragraphes précédents n’auraient aucune utilités !

La formule, qui ne fait plus peur

Reprenons la formule du départ, avec ce que nous avons vu et quelques précisions :

Pour résumer :

• Rk = C’est la valeur que vous donne le fabricant
• Kmod = c’est le coefficient qui dépend de votre projet : type de bois, classe de service et durée de chargement
• Ym = 1.3 Coefficient qui est égal à 1.3 en France
• Rd = Ce que votre vis peut supporter comme charge sans risques

Un exemple de calcul de résistance :

Imagions que nous voulions fixer des poutres décoratives sur notre plafond pour avoir ce résultat-là :

Voici les caractéristiques du projet :

• Poutre en bois de 10x10cm en 4 mètres de long
• En intérieur, donc classe de service 1
• Poids à supporter : uniquement le poids du bois : 80Kg
• Duré de chargement : Permanent, puisque les poutres vont rester tout le temps en place et que le seul poids à reprendre est le poids propre du bois
• Pour l’exemple on considère qu’on va fixer nos poutres décoratives avec 3 vis, qui traverseront la poutre et viendront se viser dans la charpente du toit qui est en bois massif.

En reprenant notre tableau des coefficients de modification, on trouve la valeur de Kmod = 0.60 (Bois massif, classe de service 1, charge permanente)

La majorité des charges seront en arrachement puisque les poutres sont fixées au plafond. En utilisant une vis de 6×200, on trouve dans le tableau du catalogue la valeur en arrachement de 4.9Kn (Pour rappel 1 Kn = 100Kg, donc 490Kg).

On peut alors utiliser la formule :

Résistance = (490 x 0.60) / 1.3 = 184Kg

Une vis est donc en théorie assez résistante pour supporter la charge de la poutre (80Kg). Avec trois vis réparties, le poids permanent pourra être de plus de 500Kg ce qui est largement supérieur au 80Kg. On sait donc que notre assemblage sera solide et durable dans le temps avec trois vis de 6x200mm

Attention, prudence avec la résistance des vis à bois

Comme on vient de le voir, la valeur finale est très différente de la valeur qu’on trouve dans le catalogue. Il faut donc impérativement faire les calculs et ne pas s’arrêter aux valeurs brutes des fabricants.

D’autres paramètres sont également à prendre en compte, comme la nécessité que la rupture d’une vis n’entraîne pas la casse en série des autres vis. Autrement dit, si vous devez reprendre 500Kg de charge, et que vous le faites avec 3 vis dimensionnées pour reprendre 180Kg chacune, il y’a un risque important de casse en série si une des vis lâche. Les deux vis restantes se retrouveraient avec des charges de 250Kg chacunes alors qu’elles sont dimensionnées pour 180Kg seulement.

Si comme nous vous êtes dans un projet d’autoconstruction ou de rénovation en tant que particulier, il est plus prudent de voir toujours assez larges sur les choix des fixations. Si, dans le cadre de la fabrication d’une tour de 500m de haut, faire des économies sur les vis en choisissant les vis les plus adaptées à du sens, à l’échelle du particulier le surcoût causé par le sur-dimensionnement des fixations n’est pas très important.

N’oubliez pas que nous ne sommes pas des experts et que nos articles peuvent comporter des erreurs. Renseignez vous via les normes, DTU et fabricants et croiser les sources d’informations pour confirmer vos choix.

Pour en savoir plus sur les vis

Si vous voulez en savoir plus sur les vis, nous avons fait une vidéo pour expliquer plein de détails techniques insoupçonnées sur les vis :