Construction en panneaux massifs CLT

www.fpinnovations.ca Construction en panneaux massifs CLT Sylvain Gagnon, ing. sylvain.gagnon@fpinnovations.ca

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

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

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

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

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

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.)

Lamellé-collé versus CLT

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

Action unidirectionnelle ou bidirectionnelle

Planchers et toitures

Quelques bâtiments en CLT dans le monde

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

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

8 étages (7 en bois plus 1 en béton)

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

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

5 étages (4 en bois plus 1 en béton)

6 étages en panneaux massifs - Europe

4 étages en panneaux massifs - Norvège 4 étages Bureaux Oslo

Édifice à bureaux Autriche

Résidence de prestige États-Unis

Essais en laboratoire Résistance mécanique et connexions

Développement des méthodes de calculs F F

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 1 2 1 3 12 ) ( ) ( ) ( b G h b G h b G h a GA n n n i i i i eff 2 2 ) ( 1 2 1 1 2 Développement des méthodes de calculs

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

Systèmes de connexions Source: M. Augustin /ITE

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

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

Performance sismique

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

Essais en laboratoire Bâtiment de 7 étages Japon

Essais en laboratoire Bâtiment de 7 étages Japon Poids du bâtiment: 270t Épaisseurs des panneaux de murs 140 mm étages 1 et 2 125 mm étages 3 et 4 85 mm derniers étages

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

Déplacements latéraux du bâtiment durant un essai 175 mm 287 mm

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

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

Essais en laboratoire Vibration des planchers

Comportement dynamique des planchers Ossature bois CLT Acier-béton, dalle de béton Masse/Superficie (kg/m 2 ) 15-30 30-150 > 150 Fréquence naturelle fondamentale (Hz) > 15 > 9 < 9 Amortissement (%) 3 1 1

Comportement dynamique des planchers d f 0.7 13.0 f 3.142 2 2l EI 1m eff A 1000Pl 3 d 48EI 1m eff l 1 9.15 ( EI ( A) 1m ) 0.293 eff 0.123 (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

Comportement dynamique des planchers Épaisseur du panneau de CLT (mm) Portée maximale selon équation de FPInnovations (m) Portée/épaisseur 140 4.75 L/417 182 5.5 L/497 230 7.0 L/606

Essais en laboratoire Acoustique et feu

Essais en laboratoire Acoustique

Essais en laboratoire feu selon CAN/ULC S101

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

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

Enveloppe et durabilité des CLT

Enveloppe et durabilité des CLT Isolation rigide ou semi-rigide

Enveloppe et durabilité des CLT Ossature

Enveloppe et durabilité des CLT

Enveloppe et durabilité des CLT durant la construction

Manuel sur les CLT 11 Chapitres

Différents chapitres

Dimensionnement des planchers

Déformation

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

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

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

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

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)

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

Exemple 5 plis : 34-19-34-19-34 = 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)

Vérifications minimales 1. Flèche sous charges vives : L/360 2. Flèche sous charges totales : L/240 3. Moment (Mr < Mf) 4. Cisaillement (Vr < Vf) 5. Vibration 6. Fluage

Approximation Bonne approximation : Épaisseur minimale Portée 28 à Portée 32 Alors : 140 mm x (28 à 32) = 3 920 à 4 480 mm

Critères de flèches Shear Analogy : (EI) eff = 1.916x10 12 N-mm 2 (GA) eff = 1.417x10 7 N 4 5wl 384( EI) eff 1 8 2 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)

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)

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 400 30 30 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)