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

Plan de la présentation

• Introduction des panneaux massifs (CLT)

• Exemples de projets

• Travaux chez FPInnovations

• Nouveau manuel sur les CLT

Source: Binder

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

Dalles préfabriquées en béton avec une structure d’acier

Structure mixte Béton - Acier

• "Nouvelle" génération de panneaux structuraux

•Produit développé en Europe dans les années 1990

• 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

Source: Leno

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

• Bois de sciage et bois d’oeuvre

Produits de la première transformation du bois

• Bois classé mécaniquement(MSR)

• 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.)

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

Lamellé-collé versus CLT

• 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

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

Action unidirectionnelle ou bidirectionnelle

Action unidirectionnelle ou bidirectionnelle

Murs

Planchers et toitures

Plan de la présentation

• Introduction des panneaux massifs (CLT)

• Exemples de projets

• Travaux chez FPInnovations

• Nouveau manuel sur les CLT

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)

8 étages (7 en bois plus 1 en béton)

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)

5 étages (4 en bois plus 1 en béton)

6 étages en panneaux massifs - Europe

4 étages

Bureaux

Oslo

4 étages en panneaux massifs - Norvège

Édifice à bureaux – Autriche

Résidence de prestige – États-Unis

Plan de la présentation

• Introduction des panneaux massifs (CLT)

• Exemples de projets

• Travaux chez FPInnovations

• Nouveau manuel sur les CLT

Essais en laboratoire – Résistance mécanique et connexions

Développement des méthodes de calculs

F

F

Flèche : Shear Analogy (Kreuzinger)

����

��������n

iiii

n

i

iiiBAeff zAEhbEEIEIEI

1

2

1

3

12)()()(

��

�

���

����

���

���

����

��

���

����

���

�

��

� bGh

bGh

bGh

aGA

n

nn

i ii

ieff

22

)(1

21

1

2

Développement des méthodes de calculs

Flexion: Méthodes simplifiées

effEIEyM

)()( 1����

2tothy �

efftot EI

EhM

)()(

5.0 1max ��� ��

tot

effbr hEEI

FM5.01)(

1

�����

tot

effbr h

IFM

5.0����

où

quand E1=E2=E3…

Développement des méthodes de calculs

Systèmes de connexions

Source: M. Augustin /ITE

Vis autotaraudeuses

Utilisées en Europe

� Facile d’installation, ductile et de bonne résistance

� 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

Source: SFSIntec

Connexions entre les panneaux

Screws

Plywood or LVL

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 propertiesnot that important

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

�����������

�����

Essais en laboratoire – Bâtiment de 7 étages – Japon

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

287 mm175 mm

S-958

Essais en laboratoire – Résistance sismiqueEssais en laboratoire – Résistance sismique

• Bâtiments construits avec CLT soumis à des charges sismiques

S-958

Essais en laboratoire – Résistance sismiqueEssais en laboratoire – Résistance sismique

Essais en laboratoire – Vibration des planchers

Comportement dynamique des planchers

Ossature bois CLT Acier-béton, dalle de béton

Masse/Superficie(kg/m2)

15-30 30-150 > 150

Fréquence naturelle fondamentale(Hz)

> 15 > 9 < 9

Amortissement (%) 3 1 1

0.137.0 �df

AEI

lf

meff

�

1

22142.3

� meffEIPld 1

3

481000

�

l = portée maximum en m� = densité des panneaux en kg/m3

A = aire pour 1 m de CLT en m2meffEI1 = Rigidité effective pour 1m de largeur de CLT en N-m2

(mm)

Comportement dynamique des planchers

123.0

293.01

)()(

15.91

AEI

lmeff

��

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

Comportement dynamique des planchers

Essais en laboratoire – Acoustique et feu

Essais en laboratoire – Acoustique

Essais en laboratoire – Acoustique

Essais en laboratoire – feu selon CAN/ULC S101

Essais en laboratoire – feu selon CAN/ULC S101

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

Résistance au feu des panneaux CLT

Carbonisation

Partie chauffée

Section utilisée pour le calcul de la capacité

Face

exp

osée

au fe

u

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

Enveloppe et durabilité des CLT durant la construction

Enveloppe et durabilité des CLT durant la construction

Plan de la présentation

• Introduction des panneaux massifs (CLT)

• Exemples de projets

• Travaux chez FPInnovations

• Nouveau manuel sur les CLT

Manuel sur les CLT

11 Chapitres

Différents chapitres…

Différents chapitres…

Différents chapitres…

Dimensionnement des planchers…

Déformation

Intéraction (rigidité) entre les couches

Aucune�intéraction Intéraction�partielle

Intéraction�complète

Courtesy of Norsk Treteknisk Institutt

Cisaillement roulant

• Module de cisaillement roulant (Perpendiculaire au fil)– GR

• Résistance au cisaillement roulant (Perpendiculaire au fil)– Fv,R

GR et Fv,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

Cisaillement roulant

• GR

– 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• GR � 590/10 = 59.5 MPa

Module de cisaillement roulant, GR

• Fv,R

– Varie entre 18% et 28% de la résistance au cisaillement parallèle au fil (� 0.3 to 0.6 MPa)

(Selon le Wood Handbook)

Résistance au cisaillement roulant, Fv,R

Déformation des panneaux en flexion

En bref:

La déformation due au cisaillement roulant peut être significative – GR � 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

• 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)

Exemple

Vérifications minimales

1. Flèche sous charges vives : L/3602. Flèche sous charges totales : L/2403. Moment (Mr < Mf)4. Cisaillement (Vr < Vf)5. Vibration6. Fluage

Approximation

Bonne approximation : Épaisseur minimale �

Alors :

140 mm x (28 à 32) = 3 920 à 4 480 mm

3228PortéeàPortée

Critères de flèches

“Shear Analogy”:

(EI)eff = 1.916x1012 N-mm2

(GA)eff = 1.417x107 N

effeff GAkwl

EIwl

)(81

)(3845 24

���

��

Où: l = portée libre en mmw = charge uniforme en N/mm pour 1 m largeurk = 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:

� Alors, épaisseur similaire pour une dalle régulière en béton deux directions avec de l’armature fy=400 MPa (sans tenir compte de la vibration)

MPafaveclflh y

nyns 400

3030)1000/6.0(

���

�

www.fpinnovations.ca© 2009 FPInnovations. Tous droits réservés. Reproduction et distribution interdites. MC FPInnovations, ses marques et son logo sont des marques de commerce de FPInnovations.