Comment fixer du bois sur du métal ?
Introduction ?
Le but ici est d’expliquer les différentes solutions de fixations d’un élément en bois sur un support métallique.
Il est courant de fixer des éléments métalliques sur des supports bois (pièce en métal sur support bois), mais l’inverse (morceau de bois sur support métal) est souvent plus problématique, et il convient de bien choisir la fixation en fonction des géométries des éléments fixés.
Tout d’abord, il convient de regarder les différents supports métalliques :
- Support métallique d’épaisseur fine : tôles fines de moins d’un millimètre d’épaisseur (ép. < 1mm)
- Supports métalliques d’épaisseur moyenne, comprise entre 1mm et 5mm
- Supports métalliques épais, supérieurs à 5mm d’épaisseur (par exemples des fers I type IPN ou IPE)
Dans chaque catégorie d’épaisseurs ci-dessus, nous aurons des sous catégories d’épaisseurs de supports métalliques.
Ensuite, il conviendra de regarder également les épaisseurs des éléments en bois à fixer sur les supports métalliques :
- Eléments en bois fins : planches, plaques, tasseaux… d’épaisseur inférieurs à 4 cm. (par exemple planche de 2 cm d’épaisseur)
- Eléments en bois épais : chevrons, poutres en bois d’épaisseur supérieurs à 5 cm (par exemple un chevron 6x8)
En fonction des caractéristiques géométriques des éléments, nous pourrons choisir un mode de pose et une fixation. En effet, en fonction du mode de pose, les fixations ne sont pas les mêmes, ou ne fonctionnent pas de la même manière.
Les différents modes de pose sont :
Pose en pré-perçant l’ensemble de l’assemblage bois + support métallique : Ce mode de pose est le plus simple à comprendre, et largement utilisé. Il ne nécessite pas l’emploi d’outils compliqués. Il est souvent réalisé par boulonnage (vis + écrou). L’inconvénient pour les monteurs qui doivent réaliser beaucoup de points de fixation est le temps de mise en œuvre (temps de pré-perçage + temps de positionnement de la vis et des éventuelles rondelles, temps de serrage de l’écrou…).
Pose sans pré-percer aucun élément (ni le bois, ni le support métallique) : ce mode de mise en œuvre est préféré par les monteurs qui doivent poser beaucoup de fixations. Cependant, il n’est possible d’avoir une fixation universelle, et nous avons beaucoup de solutions possibles en fonction de l’épaisseur du support et des éléments à fixer.
Pose en pré-perçant l'élément bois : C’est une solution intermédiaire, et qui est également bien utilisée car elle offre de grandes possibilités de choix de fixations.
Pose en pré-perçant l’ensemble de l’assemblage bois + support métallique
Assemblage par boulonnage :
S’il est effectué un pré-perçage de l’ensemble de l’assemblage à réaliser (bois + métal) nous sera toujours possible de fixer le bois sur le métal par boulonnage. Il existe différent types de boulons (en acier zingué, en acier galvanisé, TH, TRCC…) associé au non avec des rondelles d’appui.
Boulons TH (Vis + Ecrou)
VOIR NOS BOULONS ZINGUES VOIR NOS BOULONS INOX
Par exemple l’utilisation très courante des boulons japy (boulons composés d’une vis TRCC tête ronde avec collet carré sous tête) notamment pour fixer des planches de bois sur des ferrures plates en acier. Le dessous de la tête du boulon japy TRCC possède un carré qui noyé dans le bois permettra un serrage de l’écrou plus aisé.
Boulons TRCC (Tête Ronde Collet Carré) appelés également boulons JAPY
Ces boulons bien connus sont disponibles en acier zingué, en acier galva, ou en acier inoxydables…
Cependant, l’assemblage par boulonnage n’est pas toujours possible. En effet, ce mode de mise en œuvre implique que les deux côtés de l’assemblage sont accessibles afin d’installer le boulon (tête de vis d’un côté et écrou de l’autre côté). Si un seul côté de l’assemblage à réaliser n’est pas accessible, on devra utiliser d’autres modes de fixation.
Assemblage par vis autotaraudeuses :
Ce cas se rencontre si nous avons un bois à fixer sur un support métallique et qu’il n’est pas possible d’accéder à l’arrière de ce support. Par exemple un profilé à froid (PAF) Oméga déjà fixé sur un mur (l’arrière du support métallique est contre le mur, donc inaccessible). Un autre exemple est la fixation d’un bois sur tube carré, si on ne souhaite pas percer le tube carré de part en part : dans ce cas, si on a percé qu’un coté du tube, l’intérieur du tube n’est pas accessible. Dans ce cas la vis autotaraudeuse peut s’avérer très utile.
Les vis autotaraudeuses (auto taraudeuses) sont des vis qui par la géométrie de leur filetage, et la dureté de la matière permettent le taraudage des supports métalliques. Dans le cas de la fixation de bois sur du métal, elles sont de fait très commodes à utiliser, contrairement à une idée reçue.
Choix de la vis autotaraudeuse :
En général les vis autotaraudeuses ont des diamètres 6.3mm ou 6.5mm. pour les poser dans de l’acier, il convient d’avoir un trou (pré-perçage) d’un diamètre inférieur à celui de la vis. Pendant l’opération de vissage, la vis auto taraudeuse taraudera le trou du support acier.
Le revêtement TK12 donne à la vis une meilleure tenue à la corrosion, sans toutefois être garantie notamment en cas de blessure du revêtement lors de la pose. La seule garantie contre la corrosion est l’emploi de vis inox. Cependant, dans nombre de cas, les vis en acier revêtues sont suffisantes (travaux en intérieur par exemple).
Le choix de la longueur de vis se fait par comparaison de l’épaisseur du bois à fixer avec la colonne « capacité de serrage dans le tableau ci-dessous. Par exemple si on a un bois épaisseur 40mm on, la vis 6.3x65 (qui a une capacité de serrage de 45mm) conviendra.
Vis TH (Tête Hexagonale) autotaraudeuses en inox.
Les vis inox auto taraudeuses sont divisées en deux types (type A bout pointu, et type B bout plat). Le type A bout pointu, est utilisé pour les supports métalliques de 1.5mm à 4mm, et le type B pour les supports métalliques supérieurs à 4mm. L’inox permet d’éviter toute corrosion des vis.
Vis TF (Tête Fraisée) autotaraudeuses diamètre 6.3mm en acier zingué :
Le choix de la longueur de vis se fait par comparaison de l’épaisseur du bois à fixer avec la colonne « capacité de serrage dans le tableau ci-dessous. Par exemple si on a un bois épaisseur 40mm on, la vis 6.3x65 (qui a une capacité de serrage de 45mm) conviendra.
La tête de ces vis peut se noyer dans le bois, ce qui n’est pas le cas des vis tête hexagonales qui dépasseront de la surface du bois.
Choix du foret et perçage :
Choisir un foret de perçage pour acier. Ce foret devra être adéquat avec la vis autotaraudeuse et l’épaisseur d’acier à tarauder.
Le tableau de pré-perçage ci-dessous donne les diamètres des forets à utiliser en fonction de l’épaisseur d’acier utilisé pour l’assemblage
Il conviendra de choisir la longueur du foret en fonction des épaisseurs à percer, en sachant qu’une partie de la longueur sera serrée dans le mandrin de la perceuse. La longueur utile du foret est inférieure à la longueur hors tout du foret.
Percer l’ensemble bois + acier.
Utiliser une perceuse et percer de part en part le bois et l’acier.
Visser la vis autotaraudeuse dans l’ensemble.
Il conviendra de veiller à ce que le bois soit bien plaqué sur le support métallique. Si le bois n’est pas bien plaqué sur le support métallique, nous aurons un espace entre le bois et métal à la fin du vissage (assemblage incorrect).
Bien entendu pour une meilleure résistance il faut mettre autant de vis que nécessaire.
Exemple :
Nous souhaitons à l’aide d’une vis TF autotaraudeuse fixer un chevron bois d’épaisseur 8cm sur un tube carré en acier 60x60 épaisseur 2mm.
On compare donc l’épaisseur du bois (8cm = 80mm) à la capacité de serrage du tableau. Le tableau indique qu’il faut prendre une 6.3x100 ref 63100-018 qui a la capacité de serrage de 80mm. (Nous voyons que la longueur de cette vis est suffisamment courte pour ne pas buter de l’autre côté du tube carré)
Ensuite, on choisit le foret en fonction de l’épaisseur du support acier. Le tableau de pré-perçage donne pour 2mm d’acier un diamètre de 4.90mm. Il conviendra de choisir un foret diamètre 4.90mm, en faisant attention à prendre un foret suffisament long pour percer le bois (80mm), le support acier (2mm), en sachant que le foret doit être emmanché dans le mandrin de la perceuse. Par exemple prendre un foret de 4.90 x longueur 135.
Une fois l’ensemble bois + support acier percés, on installera la vis par vissage directement dans le trou réalisé, en veillant à bien plaquer le bois sur le support métal. La vis taraudera le support métallique (tube) sans problème particulier.
Pose sans pré-percer aucun élément (ni le bois, ni le support métallique)
Il existe pour la fixation de laminés marchands types poutrelles IPN, IPE une attache métallique très simple à utiliser et surtout très efficace. En comparaison avec les vis autoperceuses à ailettes qui seront décrites plus bas, nous avons un avantage mécanise indéniable. En effet, les vis autoperceuses têtes fraisées à ailettes ne permettent pas d’obtenir des résistances importantes : le bois peut facilement se déboutonner par rapport à la tête de vis. De plus, si les épaisseurs de bois et d’acier sont importantes, ces vis ont tendance à souffrir et l’on risque de bruler les pointes autoperceuses lors de la pose. L’attache métallique n’a pas ce problème et conjugue simplicité et performance.
Fixation de chevron bois sur poutrelles IPN ou IPE par attache métallique :
Il est conseillé de mettre 4 attaches par croisements chevron / poutrelle, mais si le poseur choisit d’en mettre que 2, elles seront alors disposées en quinconce :
On peut fixer ces attaches par des pointes (indiquées dans le tableau ci-dessous) ou bien des vis de diamètre 4.8mm puisque les trous de l’attache ont un diamètre égal à 5mm.
Vidéo de pose :
Fixation de bois sur métal par vis
Si l’on souhaite poser du bois sur du métal sans aucun pré-perçage, il est nécessaire de vérifier au préalable si ce mode de fixation est possible.
En effet, comme indiqué plus haut, il n’est possible d’avoir une fixation universelle, et nous avons beaucoup de solutions possibles en fonction de l’épaisseur du support et des éléments à fixer. De plus, toutes ces solutions n’ont pas toujours de bonnes performances niveau mécanique.
La pose sans aucun pré-perçage n’est possible que dans les cas suivants :
- Le support acier est très fin (ép. < 1mm) : fixation avec vis à pointe clou très pointues.
- Le support acier est compris entre 1.5mm et 13mm (tubes, profilés…) : fixation avec vis TF à ailettes.
- Le support métallique est un laminé marchand type IPN ou IPE : fixation avec attache métallique bois sur métal.
Pour les supports acier de faible épaisseur inférieurs à 1mm, la vis réussira à percer le support en même temps que le vissage, ce qui veut dire que la vis traverse instantanément le support acier dès qu’elle le rencontre.
Cependant, plus les supports acier est épais (>1mm environ), plus le temps de percement de ce support (acier) sera long. Si la vis ne perce pas instantanément le support métallique, le filet de la vis pris également dans le bois causera un problème d’écartement du bois par rapport au support : en d’autres termes, si la vis est bloquée en translation pendant le vissage (ne serait-ce que quelques secondes puisqu’elle est appuyée sur le support sans avancer), le bois pris dans le filetage va reculer vers le poseur, et s’écartera par rapport au support.
Nous allons tout d’abord nous intéresser à la fixation d’élément en bois (fin ou épais) sur supports métalliques fins réalisés à partir de plaques ou tôles fines.
a) Support métallique d’épaisseur fine inférieure à 1mm environ.
Ce cas de figure ressemble à la fixation de plaques de plâtre (appelés souvent « placo ») sur les supports métalliques profilés (appelés souvent « rail à placo »). Les plaques de plâtre sont positionnées et vissées directement sur les supports d’acier profilés qui ont la particularité d’être réalisés à partir de tôles d’acier fines. Le vissage est réalisé directement à l’aide de vis tête fraisées très pointues appelées « vis à placo » de couleur noire à l’aide de visseuses électriques. Le poseur positionne la plaque contre le profilé en acier (rail à placo), et vis visser la vis dans la plaque de plâtre au droit du profilé en acier. La vis entrainée en rotation pénètre très rapidement dans la plaque de plâtre, et vient transpercer instantanément le support en acier qui se trouve derrière. La vis est ainsi vissée au travers de la plaque de plâtre et du support métallique en peu de temps.
Cette opération de vissage dans la plaque et le support en même temps n’est possible que par la faible épaisseur d’acier du support, et la dureté de la vis. Ce mode de fixation n’aurait pas été possible si le support avait été plus épais, ou si la vis était moins dure (acier de la vis plus doux, comme par exemple une vis à bois ordinaire). Notons qu’il est aussi indispensable d’avoir une visseuse électrique avec vitesse de rotation rapide pour que ce mode de pose puisse fonctionner.
Ce mode de fixation que nous venons de voir pour les plaques de plâtre est identique si on remplace la plaque de plâtre par un élément en bois.
Si nous devons fixer un élément en bois sur un support métallique d’épaisseur fine, (profilé à froid d’épaisseur inférieur fine par exemple 0.75mm et au maximum 1mm), nous pouvons utiliser des vis qui se visseront au travers des deux éléments (bois et acier fin) lors de la même opération de vissage.
Il faut néanmoins utiliser une vis adéquate :
- Les vis placo classiques conviennent pour ce type d’assemblage. Cependant comme leur nom l’indique, elles sont destinées à l’assemblage de plaques de plâtre, qui sont généralement enduites (couches de peintures, ou papiers peints…). De ce fait, la protection contre la corrosion de ces vis est extrêmement faible ou inexistante (simple phosphatation) :
- Les vis de construction rapide ou les vis TFP isol ont des caractéristiques similaires aux vis placo, mais ont une finition zinguée, ce qui leur confère une meilleure protection contre la corrosion. Avec ces vis, il faut plaquer l’élément en bois contre le support métallique d’épaisseur fine (inférieur à 1 mm), et on pourra visser directement la vis dans le bois et celle-ci transpercera et se vissera dans le support acier fin :
VOIR LA VIS DE CONSTRUCTION RAPIDE VOIR LA VIS TPF ISOL
Le choix de la longueur des vis à pointe clou (vis placo, vis de construction rapide ou vis TFP isol ci-dessus) est déterminée par le fait qu’il faut que le vis débouche suffisamment derrière le support métallique.
Ainsi, on peut proposer que la vis puisse dépasser de 10mm derrière le support métallique fin, et nous aurons donc une longueur de vis supérieure de 10mm par rapport à l’épaisseur du bois à fixer sur le support métallique fin.
Exemple : Fixation d’un bois d’épaisseur 3 cm sur un support acier d’épaisseur 0.75mm
Le bois ayant une épaisseur de 30mm, nous pourrons choisir une vis de longueur 40mm minimum, par exemple une vis TFP ISOL 4.8x40.
Il faut ensuite savoir que ces vis sont ancrées dans des épaisseurs fines d’acier, et que la performance à l’arrachement des vis dans de telles épaisseurs est par définition faible. Il conviendra de faire attention s’il y a des efforts mécaniques (poids des éléments, ou forces extérieurs à l’assemblage…). Dans tous les cas, ce mode de fixation ne peut pas être structurel.
b) Supports métalliques d’épaisseur comprise entre 2mm et 5 mm & 5mm à 13mm
Pour la fixation de bois sur acier épaisseur 2 à 13mm, il existe des vis spécifiques pour cette application.
Ces vis sont les suivantes :
- vis à pointe pilote
- vis à ailettes
La vis à pointe pilote est une vis spéciale comprenant un foret de perçage très long, qui lui permet de percer l’ensemble bois+métal avant que le filetage soit engagé dans le bois. Ces vis sont très efficaces, mais elles ne peuvent pas assembler des épaisseurs très élevées. (les pointes foreuses seraient d’autant plus longues).
Le dessin ci-dessous montre les phases de pose de la vis à pointe pilote ; on voit que la pointe autoperceuse perce le bois et ensuite l’acier, avant que le filetage ne se visse dans l’ensemble bois+métal :
Les vis à ailettes possèdent, comme leur nom l’indique, des ailettes positionnées entre le pointe autoperceuse et le filetage de la vis. Les ailettes ont pour fonction d’élargir le trou dans le bois à un diamètre supérieur à celui du filetage (par exemples pour une vis de diamètre 5.5mm, le bois sera alésé à 6mm.
Lors de la pose, la pointe autoperceuse va percer le bois. Les ailettes positionnées juste derrière la pointe vont aléser le trou pour le grossir à un diamètre permettant à la vis d’être libre dans le trou du bois. De cette manière le filetage de la vis ne sera pas pris dans le bois lorsque la vis percera le support acier, et nous n’aurons pas les problèmes d’écartement du bois par rapport au support métal décrits plus haut.
Ensuite, pendant le perçage de l’acier, les ailettes vont rompre afin que le filetage de la vis soit bien pris dans le support acier.
Pour les supports acier compris entre 1.5 et 3mm, il y a les vis Tête Fraisée à pointe pilote :
Ces vis ont une pointe appelée pilote, c’est-à-dire qu’elle percera toute les épaisseur de l’assemblage avant d’engager le filetage dans l’élément à fixer. Une fois la vis posée, le filetage sera pris dans l’élément fixé mais aussi dans le support métallique. La petite contrainte réside dans le dépassement de la pointe derrière le support. Comme la pointe pilote est longue, le dépassement derrière le support sera également assez long.
L’épaisseur de bois à fixer est assez limitée, et pour choisir la vis, il suffit de la comparer avec la capacité de serrage indiquée dans le tableau ci-dessous :
Pour les supports acier compris entre 2 et 5mm, il y a les vis TF à ailettes P5 :
VOIR LE PRODUIT ZINGUE VOIR LE PRODUIT EN INOX
Le choix de la longueur de vis TF P5 se fait par comparaison de l’épaisseur du bois à fixer avec la colonne « capacité de serrage dans le tableau ci-dessous :
Lien vidéo
Pour les supports acier compris entre 5 et 13mm, il y a les vis TF à ailettes P13 :
VOIR LE PRODUIT ZINGUE VOIR LE PRODUIT EN INOX
Le choix de la longueur de vis TF P13 se fait par comparaison de l’épaisseur du bois à fixer avec la colonne « capacité de serrage dans le tableau ci-dessous :
Les vis à ailettes (P5 et P13) peuvent cependant avoir des inconvénients. Le principal inconvénient est la résistance mécanique de l’assemblage. En effet, les ailettes sont nécessaires pour la pose de la vis, en élargissant le diamètre de trou dans le bois. Cependant, le fait d’élargir le trou ne va pas dans le bon sens pour la tenue mécanique du bois. Le bois ne tient que grâce à la tête, mais repose sur le pourtour d’un trou élargi par les ailettes. Nous avons donc pour toutes ces vis à ailettes, quel que soit la marque, une performance mécanique de l’assemblage très limitée, le bois pourra être arraché par déboutonnage de la tête avec un effort relativement faible. Dans ces conditions, si une performance mécanique est nécessaire, il conviendra d’augmenter le nombre de vis ou d’utiliser un autre type de fixation (attache métallique bois sur métal).
Il est aussi important de signaler que dans certaines conditions, nous pouvons avoir des problèmes de pose avec ce type de vis (quel que soient les marques), notamment pour les fortes épaisseurs d’acier et de bois. La vis dans ce cas a tendance à souffrir pendant la pose, ce qui peut éventuellement faire bruler les pointes de vis. Dans ce cas, la pression axiale et la vitesse de rotation devront être réduites.
Pose en pré-perçant l'élément bois
Lors de la fixation de bois sur métal, le pré-perçage de l’élément en bois est une méthode de pose également répandue, qui permet de travailler proprement et sans aucun surprise ni difficulté.
Le bois doit être pré-percé à l’avance, à un diamètre supérieur à celui des fixations. Avec des vis auto perceuses (vis TH ou TCB auto-perceuses), on pourra fixer le bois pré-percé directement sur le support métallique non pré-percé.
a) Support métallique jusque 2mm d’épaisseur
Les vis TFP P2 munies de pointes foret permettent de fixer des éléments en bois sur supports métallique fins. La pointe foret est capable de percer jusque 2mm d’acier. Ces vis ayant un diamètre de 4.8mm, il convient de pre-percer le bois à un diamètre de 5mm ou 5.5mm.
Les vis TCB P1 munies de pointes autoperceuses réduites permettent de fixer des éléments en bois sur des supports métalliques de faible épaisseur. Ces vis ayant un diamètre de 6.3 mm, il convient de pre-percer le bois à un diamètre de 6.5mm ou 7mm.
De plus les tête TCB peuvent se noyer dans le bois (pas ou peu de dépassement par rapport à la surface du bois).
Grâce à la tête TCB nous avons des performances d’assemblage plus élevées qu’avec une tête fraisée. En effet, il est beaucoup plus difficile d’avoir un déboutonnage du bois par rapport à la tête, avec les vis TCB par rapport aux vis tête fraisées.
On choisit la longueur de la vis en fonction de l’épaisseur de bois à fixer en comparant cette épaisseur avec la capacité de serrage indiquée dans le tableau ci-dessous :
b) Support métallique de 1.5 à 5mm d’épaisseur
Les vis TH autoperceuses P5 peuvent percer l’acier jusque 5mm. Ces vis ayant un diamètre de 6.3 mm, il convient de pre-percer le bois à un diamètre de 6.5mm ou 7mm. Leur embase plate de 15mm permet d’avoir un très bon appui sous tête. Cependant avec ce type de vis, il n’est pas possible de noyer la tête de vis dans le bois.
On choisit la longueur de la vis en fonction de l’épaisseur de bois à fixer en comparant cette épaisseur avec la capacité de serrage indiquée dans le tableau ci-dessous :
Les vis TCB munies de pointes autoperceuses P5 permettent de fixer des éléments en bois sur des supports métalliques d’épaisseur 1.5mm à 5mm. Ces vis ayant un diamètre de 6.3 mm, il convient de pre-percer le bois à un diamètre de 6.5mm ou 7mm. Grâce à la tête TCB nous avons des performances d’assemblage plus élevées qu’avec une tête fraisée, et la tête peut se noyer dans le bois.
On choisit la longueur de la vis en fonction de l’épaisseur de bois à fixer en comparant cette épaisseur avec la capacité de serrage indiquée dans le tableau ci-dessous :
c) Support métallique de 5 à 13mm d’épaisseur
Les vis TH autoperceuses P13 peuvent percer l’acier jusque 13mm d’épaisseur. Ces vis ayant un diamètre de 5.5 mm, il convient de pre-percer le bois à un diamètre minimum de 6mm. Cependant avec ce type de vis, il n’est pas possible de noyer la tête de vis dans le bois.
On choisit la longueur de la vis en fonction de l’épaisseur de bois à fixer en comparant cette épaisseur avec la capacité de serrage indiquée dans le tableau ci-dessous :
