Construction en panneaux massifs CLT

Transcription

1 Construction en panneaux massifs CLT Sylvain Gagnon, ing.

2 Plan de la présentation Introduction des panneaux massifs (CLT) Exemples de projets Travaux chez FPInnovations Nouveau manuel sur les CLT

3 Plan de la présentation Introduction des panneaux massifs (CLT) Exemples de projets Travaux chez FPInnovations Nouveau manuel sur les CLT

4 Panneaux massifs ou Panneaux Lamellés-croisés Cross-Laminated Timber (CLT) Panels Source: Binder

5 Structure mixte Béton - Acier Dalles préfabriquées en béton avec une structure d acier

6 Panneaux massifs ou Panneaux Lamellés-croisés Cross-Laminated Timber (CLT) Panels "Nouvelle" génération de panneaux structuraux Produit développé en Europe dans les années 1990 Source: Leno Panneaux constitués de planches en bois empilées en couches croisées à 90º (collées ou clouées) Panneaux de grandes dimensions 3 mètres de largeur et moins 18 mètres de longueur et moins de 50 mm à 500 mm d épaisseur

7 Produits de la première transformation du bois Bois de sciage et bois d oeuvre Bois classé mécaniquement (MSR)

8 Panneaux massifs ou Panneaux Lamellés-croisés Cross-Laminated Timber (CLT) Panels Produits en usine selon les besoins Haut niveau de contrôle de la qualité Toutes les ouvertures et autres embrèvement sont réalisés à l aide de machines à commandes numériques (fenêtres, portes, connexions, etc.)

9 Lamellé-collé versus CLT

10 Panneaux massifs ou Panneaux Lamellés-croisés Cross-Laminated Timber (CLT) Panels Le collage à 90º minimise le gauchissement et le retrait dans le plan du panneau Augmente considérablement la capacité structurale des panneaux dans toutes les directions Action bidirectionnelle

11 Action unidirectionnelle ou bidirectionnelle

12 Action unidirectionnelle ou bidirectionnelle

13 Murs

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15 Planchers et toitures

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17 Plan de la présentation Introduction des panneaux massifs (CLT) Exemples de projets Travaux chez FPInnovations Nouveau manuel sur les CLT

18 Quelques bâtiments en CLT dans le monde

19 8 étages (7 en bois plus 1 en béton) 8 étages Ville de Växjö Suède

20 Habitation collective Logement collectif 8 étages (7 tout bois) Växjö, Suède

21 8 étages (7 en bois plus 1 en béton)

22 8 étages (7 en bois plus 1 en béton)

23 8 étages (7 en bois plus 1 en béton)

24 5 étages (4 en bois plus 1 en béton) 5 étages Berlin Allemagne

25 5 étages (4 en bois plus 1 en béton) Cages d escaliers et d ascenseurs en béton préfabriqué

26 5 étages (4 en bois plus 1 en béton)

27 5 étages (4 en bois plus 1 en béton)

28 6 étages en panneaux massifs - Europe

29 4 étages en panneaux massifs - Norvège 4 étages Bureaux Oslo

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31 Édifice à bureaux Autriche

32 Résidence de prestige États-Unis

33 Plan de la présentation Introduction des panneaux massifs (CLT) Exemples de projets Travaux chez FPInnovations Nouveau manuel sur les CLT

34 Essais en laboratoire Résistance mécanique et connexions

35 Développement des méthodes de calculs F F

36 Flèche : Shear Analogy (Kreuzinger) n i i i i n i i i i B A eff z A E h b E EI EI EI ) ( ) ( ) ( b G h b G h b G h a GA n n n i i i i eff 2 2 ) ( Développement des méthodes de calculs

37 Développement des méthodes de calculs Flexion: Méthodes simplifiées M y ( E 1 ) ( EI ) eff où y h tot 2 max M 0.5h tot ( E 1 ( EI) ) eff M r F b ( EI) E 1 eff 1 0.5h tot M r F b I eff 0.5h tot quand E1=E2=E3

38 Systèmes de connexions Source: M. Augustin /ITE

39 Vis autotaraudeuses Utilisées en Europe Facile d installation, ductile et de bonne résistance Source: SFSIntec Plusieurs diamètres et longueurs diamètres de 4 mm à 12 mm et longueurs jusqu à 600 mm Ne nécessite pas de pré-perçage Source: Wurth

40 Connexions entre les panneaux Plywood or LVL Screws CLT CLT Source: G. Traetta

41 Performance sismique

42 Éléments qui influencent le comportement au séisme Hold-down anchors at corners and at openings Vertical joints between wall panels Steel brackets along walls CLT panel properties not that important

43 Essais en laboratoire Bâtiment de 7 étages Japon

44 Essais en laboratoire Bâtiment de 7 étages Japon Poids du bâtiment: 270t Épaisseurs des panneaux de murs 140 mm étages 1 et mm étages 3 et 4 85 mm derniers étages

45 Observations après les essais Systèmes en CLT peuvent résister à des séismes très élevés Peuvent non seulement satisfaire le critère de sécurité mais également garder le bâtiment intact Avant Après 7 essais

46 Déplacements latéraux du bâtiment durant un essai 175 mm 287 mm

47 Essais en laboratoire Résistance sismique Essais en laboratoire Résistance sismique Bâtiments construits avec CLT soumis à des charges sismiques S-958

48 Essais en laboratoire Résistance sismique Essais en laboratoire Résistance sismique S-958

49 Essais en laboratoire Vibration des planchers

50 Comportement dynamique des planchers Ossature bois CLT Acier-béton, dalle de béton Masse/Superficie (kg/m 2 ) > 150 Fréquence naturelle fondamentale (Hz) > 15 > 9 < 9 Amortissement (%) 3 1 1

51 Comportement dynamique des planchers d f f l EI 1m eff A 1000Pl 3 d 48EI 1m eff l ( EI ( A) 1m ) eff (mm) l = portée maximum en m = densité des panneaux en kg/m 3 A = aire pour 1 m de CLT en m 2 EI 1 = Rigidité effective pour 1m de largeur de CLT en N-m 2 m eff

52 Comportement dynamique des planchers Épaisseur du panneau de CLT (mm) Portée maximale selon équation de FPInnovations (m) Portée/épaisseur L/ L/ L/606

53 Essais en laboratoire Acoustique et feu

54 Essais en laboratoire Acoustique

55 Essais en laboratoire Acoustique

56 Essais en laboratoire feu selon CAN/ULC S101

57 Essais en laboratoire feu selon CAN/ULC S101

58 Résistance au feu Le bois massif possède la capacité de résister adéquatement au feu due à une carbonisation des surfaces: Brûle lentement et carbonisation des surfaces Le bois protégé par la couche carbonisée soutient la charge adéquatement Le bois est stable dimensionnement durant un feu

59 Résistance au feu des panneaux CLT Face exposée au feu Partie chauffée Carbonisation Section utilisée pour le calcul de la capacité

60 Enveloppe et durabilité des CLT

61 Enveloppe et durabilité des CLT Isolation rigide ou semi-rigide

62 Enveloppe et durabilité des CLT Ossature

63 Enveloppe et durabilité des CLT

64 Enveloppe et durabilité des CLT durant la construction

65 Enveloppe et durabilité des CLT durant la construction

66 Plan de la présentation Introduction des panneaux massifs (CLT) Exemples de projets Travaux chez FPInnovations Nouveau manuel sur les CLT

67 Manuel sur les CLT 11 Chapitres

68 Différents chapitres

69 Différents chapitres

70 Différents chapitres

71 Dimensionnement des planchers

72 Déformation

73 Intéraction (rigidité) entre les couches Aucuneintéraction Intéraction partielle Intéraction complète Courtesy of Norsk Treteknisk Institutt

74 Cisaillement roulant Module de cisaillement roulant (Perpendiculaire au fil) G R Résistance au cisaillement roulant (Perpendiculaire au fil) F v,r

75 Cisaillement roulant G R et F v,r dépendent de plusieurs facteurs: Essences de bois Densité Dimensions des lamelles Humidité du bois Type de sciage Orientation des cernes du bois Etc. Pas inclus dans CSA O86-09

76 Module de cisaillement roulant, G R G R Généralement 10% du module de cisaillement longitudinal du bois (G) G E/16 pour S-P-F Par exemple: SPF No2/No1 E = 9500 MPa G 9500/16 = 595 MPa G R 590/10 = 59.5 MPa

77 Résistance au cisaillement roulant, F v,r F v,r Varie entre 18% et 28% de la résistance au cisaillement parallèle au fil ( 0.3 to 0.6 MPa) (Selon le Wood Handbook)

78 Déformation des panneaux en flexion En bref: La déformation due au cisaillement roulant peut être significative G R G/10 En plus de la déformation due au cisaillement des pièces perpendiculaires, on doit tenir compte de la déformation due au cisaillement des pièces longitudinales G E/16 En général, la déformation due au cisaillement longitudinal peut être négligée pour un ratio portée-épaisseur de 30

79 Exemple 5 plis : = 140 mm = h Longitudinal: No.2 S-P-F (MOE = 9500 MPa) Transversal: No.3 S-P-F (MOE = 9000 MPa) Charges mortes: 2.5 kpa Charges vives: 2.4 kpa (bureaux)

80 Vérifications minimales 1. Flèche sous charges vives : L/ Flèche sous charges totales : L/ Moment (Mr < Mf) 4. Cisaillement (Vr < Vf) 5. Vibration 6. Fluage

81 Approximation Bonne approximation : Épaisseur minimale Portée 28 à Portée 32 Alors : 140 mm x (28 à 32) = à mm

82 Critères de flèches Shear Analogy : (EI) eff = 1.916x10 12 N-mm 2 (GA) eff = 1.417x10 7 N 4 5wl 384( EI) eff wl k ( GA) eff Où: l = portée libre en mm w = charge uniforme en N/mm pour 1 m largeur k = 1.2 (coefficient de forme pour le cisaillement)

83 Portées maximales pour flèches et vibration Flèches : Portée pour charges vives : 5445 mm (pour L/360) Portée pour charges totales : 4895 mm (pour L/240) Critère de vibration : Portée maximale : 4440 mm ( h x 32)

84 Dalle de béton? CSA A23.3 (Design of Concrete Structures) Épaisseur minimale pour une dalle régulière deux directions sans chapiteaux: ln(0.6 f y /1000) ln hs avec f y MPa Alors, épaisseur similaire pour une dalle régulière en béton deux directions avec de l armature fy=400 MPa (sans tenir compte de la vibration)

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