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www.fpinnovations.ca Construction en panneaux massifs – CLT Sylvain Gagnon, ing. [email protected]

Construction en panneaux massifs – CLT

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Page 1: Construction en panneaux massifs – CLT

www.fpinnovations.ca

Construction en panneaux massifs – CLT

Sylvain Gagnon, [email protected]

Page 2: Construction en panneaux massifs – CLT

Plan de la présentation

• Introduction des panneaux massifs (CLT)

• Exemples de projets

• Travaux chez FPInnovations

• Nouveau manuel sur les CLT

Page 3: Construction en panneaux massifs – CLT

Plan de la présentation

• Introduction des panneaux massifs (CLT)

• Exemples de projets

• Travaux chez FPInnovations

• Nouveau manuel sur les CLT

Page 4: Construction en panneaux massifs – CLT

Source: Binder

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

Page 5: Construction en panneaux massifs – CLT

Dalles préfabriquées en béton avec une structure d’acier

Structure mixte Béton - Acier

Page 6: Construction en panneaux massifs – CLT

• "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

Page 7: Construction en panneaux massifs – CLT

• Bois de sciage et bois d’oeuvre

Produits de la première transformation du bois

• Bois classé mécaniquement(MSR)

Page 8: Construction en panneaux massifs – CLT

• 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

Page 9: Construction en panneaux massifs – CLT

Lamellé-collé versus CLT

Page 10: Construction en panneaux massifs – 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

Page 11: Construction en panneaux massifs – CLT

Action unidirectionnelle ou bidirectionnelle

Page 12: Construction en panneaux massifs – CLT

Action unidirectionnelle ou bidirectionnelle

Page 13: Construction en panneaux massifs – CLT

Murs

Page 14: Construction en panneaux massifs – CLT
Page 15: Construction en panneaux massifs – CLT

Planchers et toitures

Page 16: Construction en panneaux massifs – CLT
Page 17: Construction en panneaux massifs – CLT

Plan de la présentation

• Introduction des panneaux massifs (CLT)

• Exemples de projets

• Travaux chez FPInnovations

• Nouveau manuel sur les CLT

Page 18: Construction en panneaux massifs – CLT

Quelques bâtiments en CLT dans le monde

Page 19: Construction en panneaux massifs – CLT

8 étages (7 en bois plus 1 en béton)

8 étages

Ville de Växjö

Suède

Page 20: Construction en panneaux massifs – CLT

Habitation collective

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

Page 21: Construction en panneaux massifs – CLT

8 étages (7 en bois plus 1 en béton)

Page 22: Construction en panneaux massifs – CLT

8 étages (7 en bois plus 1 en béton)

Page 23: Construction en panneaux massifs – CLT

8 étages (7 en bois plus 1 en béton)

Page 24: Construction en panneaux massifs – CLT

5 étages (4 en bois plus 1 en béton)

5 étages

Berlin

Allemagne

Page 25: Construction en panneaux massifs – CLT

5 étages (4 en bois plus 1 en béton)

Cages d’escaliers et d’ascenseurs en béton préfabriqué

Page 26: Construction en panneaux massifs – CLT

5 étages (4 en bois plus 1 en béton)

Page 27: Construction en panneaux massifs – CLT

5 étages (4 en bois plus 1 en béton)

Page 28: Construction en panneaux massifs – CLT

6 étages en panneaux massifs - Europe

Page 29: Construction en panneaux massifs – CLT

4 étages

Bureaux

Oslo

4 étages en panneaux massifs - Norvège

Page 30: Construction en panneaux massifs – CLT
Page 31: Construction en panneaux massifs – CLT

Édifice à bureaux – Autriche

Page 32: Construction en panneaux massifs – CLT

Résidence de prestige – États-Unis

Page 33: Construction en panneaux massifs – CLT

Plan de la présentation

• Introduction des panneaux massifs (CLT)

• Exemples de projets

• Travaux chez FPInnovations

• Nouveau manuel sur les CLT

Page 34: Construction en panneaux massifs – CLT

Essais en laboratoire – Résistance mécanique et connexions

Page 35: Construction en panneaux massifs – CLT

Développement des méthodes de calculs

F

F

Page 36: Construction en panneaux massifs – CLT

Flèche : Shear Analogy (Kreuzinger)

����

��������n

iiii

n

i

iiiBAeff zAEhbEEIEIEI

1

2

1

3

12)()()(

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aGA

n

nn

i ii

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22

)(1

21

1

2

Développement des méthodes de calculs

Page 37: Construction en panneaux massifs – CLT

Flexion: Méthodes simplifiées

effEIEyM

)()( 1����

2tothy �

efftot EI

EhM

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5.0 1max ��� ��

tot

effbr hEEI

FM5.01)(

1

�����

tot

effbr h

IFM

5.0����

quand E1=E2=E3…

Développement des méthodes de calculs

Page 38: Construction en panneaux massifs – CLT

Systèmes de connexions

Source: M. Augustin /ITE

Page 39: Construction en panneaux massifs – CLT

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

Page 40: Construction en panneaux massifs – CLT

Connexions entre les panneaux

Screws

Plywood or LVL

CLT CLT

Source: G. Traetta

Page 41: Construction en panneaux massifs – CLT

Performance sismique

Page 42: Construction en panneaux massifs – CLT

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

Page 43: Construction en panneaux massifs – CLT

Essais en laboratoire – Bâtiment de 7 étages – Japon

Page 44: Construction en panneaux massifs – CLT

• 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

Page 45: Construction en panneaux massifs – CLT

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

Page 46: Construction en panneaux massifs – CLT

Déplacements latéraux du bâtiment durant un essai

287 mm175 mm

Page 47: Construction en panneaux massifs – CLT

S-958

Essais en laboratoire – Résistance sismiqueEssais en laboratoire – Résistance sismique

• Bâtiments construits avec CLT soumis à des charges sismiques

Page 48: Construction en panneaux massifs – CLT

S-958

Essais en laboratoire – Résistance sismiqueEssais en laboratoire – Résistance sismique

Page 49: Construction en panneaux massifs – CLT

Essais en laboratoire – Vibration des planchers

Page 50: Construction en panneaux massifs – CLT

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

Page 51: Construction en panneaux massifs – CLT

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

��

Page 52: Construction en panneaux massifs – CLT

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

Page 53: Construction en panneaux massifs – CLT

Essais en laboratoire – Acoustique et feu

Page 54: Construction en panneaux massifs – CLT

Essais en laboratoire – Acoustique

Page 55: Construction en panneaux massifs – CLT

Essais en laboratoire – Acoustique

Page 56: Construction en panneaux massifs – CLT

Essais en laboratoire – feu selon CAN/ULC S101

Page 57: Construction en panneaux massifs – CLT

Essais en laboratoire – feu selon CAN/ULC S101

Page 58: Construction en panneaux massifs – CLT

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

Page 59: Construction en panneaux massifs – CLT

Résistance au feu des panneaux CLT

Carbonisation

Partie chauffée

Section utilisée pour le calcul de la capacité

Face

exp

osée

au fe

u

Page 60: Construction en panneaux massifs – CLT

Enveloppe et durabilité des CLT

Page 61: Construction en panneaux massifs – CLT

• Isolation rigide ou semi-rigide

Enveloppe et durabilité des CLT

Page 62: Construction en panneaux massifs – CLT

Ossature

Enveloppe et durabilité des CLT

Page 63: Construction en panneaux massifs – CLT

Enveloppe et durabilité des CLT

Page 64: Construction en panneaux massifs – CLT

Enveloppe et durabilité des CLT durant la construction

Page 65: Construction en panneaux massifs – CLT

Enveloppe et durabilité des CLT durant la construction

Page 66: Construction en panneaux massifs – CLT

Plan de la présentation

• Introduction des panneaux massifs (CLT)

• Exemples de projets

• Travaux chez FPInnovations

• Nouveau manuel sur les CLT

Page 67: Construction en panneaux massifs – CLT

Manuel sur les CLT

11 Chapitres

Page 68: Construction en panneaux massifs – CLT

Différents chapitres…

Page 69: Construction en panneaux massifs – CLT

Différents chapitres…

Page 70: Construction en panneaux massifs – CLT

Différents chapitres…

Page 71: Construction en panneaux massifs – CLT

Dimensionnement des planchers…

Page 72: Construction en panneaux massifs – CLT

Déformation

Page 73: Construction en panneaux massifs – CLT

Intéraction (rigidité) entre les couches

Aucune�intéraction Intéraction�partielle

Intéraction�complète

Courtesy of Norsk Treteknisk Institutt

Page 74: Construction en panneaux massifs – CLT

Cisaillement roulant

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

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

Page 75: Construction en panneaux massifs – CLT

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

Page 76: Construction en panneaux massifs – CLT

• 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

Page 77: Construction en panneaux massifs – CLT

• 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

Page 78: Construction en panneaux massifs – CLT

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

Page 79: Construction en panneaux massifs – CLT

• 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

Page 80: Construction en panneaux massifs – CLT

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

Page 81: Construction en panneaux massifs – CLT

Approximation

Bonne approximation : Épaisseur minimale �

Alors :

140 mm x (28 à 32) = 3 920 à 4 480 mm

3228PortéeàPortée

Page 82: Construction en panneaux massifs – CLT

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)

Page 83: Construction en panneaux massifs – CLT

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)

Page 84: Construction en panneaux massifs – CLT

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(

���

Page 85: Construction en panneaux massifs – CLT

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