Évaluation et optimisation du comportement en vibration des planchers CLT-béton
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Caractérisation de la propagation d’un incendie dans une structure à claire-voie
Problématique
Dans les charpentes légères en bois, les isolants biosourcés constituent une stratégie gagnante pour faire d’une construction neuve un puits de carbone biogénique à coût abordable. Toutefois, une barrière réglementaire importante subsiste, celle de la résistance au feu entre les compartiments en présence d’une charge combustible supérieure.
L’objectif de la recherche
L’objectif général du projet consiste à documenter les risques d’incendie dans une structure à claire-voie d’un bâtiment d’au moins 6 étages et à développer des stratégies de protection des connecteurs en acier. Un modèle de simulation numérique de la propagation d’un incendie sera réalisé pour une structure à claire-voie isolée avec un isolant combustible et biosourcé.
Méthodologie
Tout d’abord, la méthodologie de recherche consiste à déterminer, grâce à la revue littéraire, les connaissances actuelles sur le sujet. Par la suite, il faudra déterminer la charge combustible de l’isolant biosourcé qui s’avère être le ballot de paille dans le cas de cette recherche. Il sera possible de déterminer la densité optimum de l’isolant pour une résistance incendie accru. Ces tests seront effectués à l’aide d’un calorimètre à cône. Conjointement, un modèle 3D par élément fini sera réalisé pour effectuer une modélisation de la propagation et du comportement en cas d’incendie. Les aspects les plus sensibles du système seront identifier et des alternatives proposées. Les modèles numériques seront validés par un essai en laboratoire.
Applications potentielles et retombées industrielles
La caractérisation de la propagation d’un incendie dans une structure de type claire-voie ayant comme charge combustible un isolant biosourcé permettra de quantifier le comportement du bâtiment par le biais d’une modélisation numérique et de test en laboratoire. Des validations réelles pourront être considérées sur la performance thermique et mécanique des aspects les plus sensibles du système structural. La modélisation permettra de proposer des alternatives de conception et permettra de documenter la performance en matière d’incendie d’un bâtiment avec ce système structural. Les alternatives pourront permettre la construction neuve de bâtiment en respectant les règlements incendie.
Stratégie d’amélioration de la résistance mécanique des zones de connecteur – Performance
Problématique
La construction non-résidentielle au Québec et ailleurs dans le monde est en constante évolution au niveau du design, de l’efficacité énergétique et de la responsabilité environnementale. Lorsque le bois est issu de forêts gérées de façon durable, son utilisation permet de réduire l’empreinte carbone des bâtiments. En Amérique du nord, la construction résidentielle s’effectue majoritairement en ossature légère de bois, ce qui a permis de développer une expertise chez les architectes et les ingénieurs dans la mise en valeur de ce matériau écologique. Par ailleurs, puisque le bois utilisé dans les bâtiments de grandes tailles demande une plus importante spécialisation, le développement de produits d’ingénierie répondant aux nouveaux besoins est à la base de la promotion des solutions bois dans le secteur non-résidentiel. Offrant des avantages au niveau esthétique et environnemental, le lamellé-collé est une solution qui ne cesse de croître en popularité. Un de ses principaux avantages est qu’il permet d’utiliser les remarquables propriétés mécaniques du bois sans être limité par le facteur dimensionnel. Par ailleurs, l’assemblage des petites pièces de bois donne la possibilité de créer des éléments cintrés, un détail architectural appréciable.
L’objectif de la recherche
Afin de promouvoir l’utilisation du bois en construction non-résidentielle et de réduire l’empreinte carbone des bâtiments, un matériau innovateur et performant sera élaboré à l’aide d’une modification en surface du bois.
Méthodologie
L’imprégnation sera utilisée comme stratégie de renfort dans les zones des connecteurs des lamellés-collés afin de pouvoir augmenter la performance des poutres et d’en diminuer les sections ou d’en allonger les portées. Le bois d’épinette noire utilisé requiert un faible coût de transformation et son utilisation permet d’améliorer l’efficacité énergétique des bâtiments en diminuant les échanges thermiques dus à la structure principale. Un procédé d’imprégnation vide-pression à l’aide de résines acrylates et d’agents de renfort servira à créer un matériau supérieur mécaniquement. Les tests de résistance des assemblages de bois traité permettront d’analyser l’effet de l’imprégnation sur le bois et sur son emploi dans les zones des connecteurs. Afin de considérer le cycle de vie des produits dans cette étude, les agents de renfort devront permettre un recyclage en fin de vie du bois, lors de la déconstruction de la charpente.
Applications potentielles et retombées industrielles
L’augmentation de la résistance du bois dans les zones des connecteurs permettra d’élargir les possibilités d’utilisation du bois dans des design de structures innovateurs. L’attrait des professionnels pour ce matériau renouvelable sera ainsi grandissant et engendra une augmentation du nombre de bâtiments non-résidentiels comportant le bois comme système constructif principal.
Publication scientifique
Téléchargez l’article ci-dessous ou consultez le à: The Effects of acrylate impregnation of Black Spruce Timber as Connectors Strength
Évaluation d’une nouvelle méthode de calcul des assemblages de bois à l’aide de goujons de petit diamètre
Problématique
Les impacts environnementaux étant devenu une priorité de nos jours, il n’est pas surprenant de voir de plus en plus de nouvelles constructions de toute sorte être réalisées en bois. Cela s’explique par le fait que ce matériau est beaucoup plus écoresponsable que d’autres options tel le béton ou l’acier.
Cependant, une bonne construction doit inévitablement inclure de bons assemblages pouvant résister aux charges qu’ils doivent transférer. Les assemblages à l’aide de goujons peuvent s’avérer une bonne solution, cependant, leur application est limitée dû au fait que la méthode de calcul utilisée actuellement s’applique à des configurations et types de bois très spécifiques. De plus, les résistances sismiques sont, à ce jour, très peu documentées en ce qui a trait aux assemblages de bois de tout type.
L’objectif de la recherche
L’objectif de ce projet est d’évaluer une nouvelle méthode de calcul adaptée pour les assemblages de bois à l’aide de goujons de petits diamètres. Cette méthode propose une utilisation plus permissive de ce type d’assemblage dans les calculs des charpentes en bois et permettra aussi de déterminer le type de rupture de l’assemblage, soit une rupture fragile, ductile ou mixte.
Méthodologie
Une revue de littérature sera effectuée afin de répertorier ce qui a déjà été proposé sur le sujet. Ensuite, une analyse profonde de la méthode proposée sera effectuée afin de l’adapter à d’autres types de connecteurs de petits diamètres tel les clous et les vis. Par la suite, des tests cycliques seront effectués en laboratoire afin de valider les résultats obtenus par la méthode.
Applications potentielles et retombées industrielles
Cette recherche pourrait permettre une conception plus adaptée des assemblages de bois à l’aide des goujons à petits diamètres et ainsi faciliter leur intégration dans les projets futurs d’ingénierie de façon économique. Par ailleurs, cette recherche pourrait s’adapter afin de paraître dans les futures éditions de la norme CSA-O86.
Développement d’une méthode de calcul parasismique pour les bâtiments multi-étagés à ossature légère en bois
Problématique
Avec l’augmentation de la limite de hauteur des constructions en bois qui est passée de quatre à six étages dans le Code National du Bâtiment du Canada 2015. La considération des efforts produits par un tremblement de terre devient encore plus importante. En effet, les bâtiments multi-étagés sont particulièrement vulnérables aux sollicitations produites par les tremblements de terre et les vents forts. Actuellement, la conception pour les efforts causés par les séismes, plus communément appelée la conception parasismique, des bâtiments multi-étagés en ossature légère est effectuée avec la méthode de la charge statique équivalente (ESFP). Par contre, il existe une autre méthode d’analyse, l’analyse dynamique linéaire (LDA), qui n’est pas utilisée par l’industrie de la construction en bois et permettrait d’optimiser la conception des structures. L’enjeu principal pour utiliser la LDA pour les structures à ossature légère en bois est de simplifier la modélisation de ce type de structure dans les logiciels commerciaux d’analyse. Récemment, une méthode de modélisation a été développée et permet d’utiliser la LDA en utilisant un processus itératif, appelé méthode itérative de LDA ci-dessous.
L’objectif de la recherche
L’objectif principal de la recherche est de simplifier l’utilisation de l’analyse dynamique linéaire (LDA) par le développement d’une nouvelle méthode, basée sur la méthode de modélisation, pour rendre ce type d’analyse accessible aux ingénieurs de la pratique. La méthode développée doit permettre l’optimisation de la conception de bâtiments multi-étagés à ossature légère en bois. Finalement, le but du projet à long terme est de contribuer à l’augmentation du nombre de constructions multi-étagées à ossature légère en bois de moyenne hauteur grâce à la méthode de calcul permettant l’optimisation et la réduction des coûts.
Méthodologie
À fin de valider l’efficacité et la simplicité de la méthode simplifiée de LDA, une comparaison entre l’ESFP, la méthode itérative de LDA et la méthode simplifiée de LDA a été effectuée pour l’analyse parasismique de murs à ossature légère de deux, quatre et six étages selon cinq différentes longueurs de mur. Les murs analysés ont été tirés d’un exemple de calcul sur la conception d’un bâtiment à ossature légère en bois de six étages.
Applications potentielles et retombées industrielles
Le projet de recherche va permettre de fournir au concepteur de structure à ossature légère en bois une méthode de calcul permettant d’utiliser la LDA afin d’optimiser la conception des structures et de réduire les coûts. Dans le contexte actuel, il est primordial d’apporter ce changement de méthode de conception pour les structures en bois de cinq et six étages puisque les sollicitations aux tremblements de terre sont plus importantes et le potentiel d’optimisation est tout aussi important. L’augmentation du nombre de constructions à ossature légère en bois passe par la réduction des coûts de celles-ci.
Conception optimale de structures composites bois-béton pour garantir une ductilité sécuritaire
Problématique
Les constructions en bois prennent de plus en plus d’importance depuis quelques années. Cependant, malgré cette effervescence, les ingénieurs sont souvent craintifs à utiliser ce genre de structure dû à leur comportement fragile. Les normes d’acier et de béton obligent les ingénieurs à créer une structure ductile, mais ce n’est pas le cas pour le bois, car les méthodes n’existent pas encore. Plusieurs recherches ont été effectuées afin de développer des connecteurs ductiles qui lient la dalle de béton à la poutre de bois, mais les ruptures globales sont toujours fragiles. Puisque les structures composites présentent de grands avantages telle que leur rigidité, il est essentiel de mettre de l’avant une méthode qui permet de concevoir une poutre hybride bois/béton qui présentera une rupture ductile.
Objectifs de la recherche
• Développer un modèle pour calculer la déformation lors de perte d’action composite.
• Développer un modèle pour optimiser les performances de la structure tels que la flèche, la vibration, la résistance et le poids.
• Développer un nouveau type de connecteur.
• Effectuer des tests en laboratoire afin de valider les résultats obtenus par simulation informatique.
Méthodologie
Afin de mener à terme ce projet, les étapes principales seront d’effectuer une revue bibliographique sur tous les types de connecteurs bois/béton qui existent et de les tester par simulation afin de savoir lesquels sont les plus prometteurs pour développer une rupture ductile de la poutre. Ensuite des tests de cisaillement direct seront effectués sur les connecteurs les plus prometteurs et possiblement de nouveaux types de connecteurs seront mis de l’avant afin d’optimiser le comportement ductile. Ensuite des essais de flexion seront effectués afin de valider si la rupture globale est ductile.
Applications potentielles et retombées industrielles
La nature de la recherche permettrait à l’ingénieur de s’assurer d’avoir une rupture ductile lors de construction de bois. La ductilité permet d’avoir des signes avant-coureurs avant l’effondrement, ainsi que la redistribution des efforts lors de structure hyperstatique ce qui amène donc une sécurité supplémentaire à la structure.
Publication scientifique
Article payant. Consultez l’article à Samuel : The effect of rotary intertia on the natural frequencies of composite beams
Caractérisation des mécanismes naturels de vieillissement du bois
Problématique
Dans le contexte actuel de la réduction des effets de l’homme sur l’environnement, la durabilité ainsi que les conséquences écologiques d’un matériau sont au cœur des préoccupations sociétales. De par ses propriétés mécaniques, isolantes et esthétiques, le bois est aujourd’hui de plus en plus utilisé par diverses industries : de la manufacture à la construction en passant par l’art. Il est donc nécessaire que ce matériau soit durable dans le temps pour pouvoir répondre aux attentes du marché. Cependant la nature biologique du bois le rend sensible à son environnement. On parle alors de vieillissement du bois, diminuant sa durabilité et augmentant ainsi les conséquences écologiques de son exploitation. Ces mécanismes peuvent être atténués par divers moyens comme l’application d’un revêtement ou la modification chimique ou thermique du bois. Cependant même si cela parvient à améliorer la durée de vie, tous atteignent une limite. L’amélioration de ces traitements passe alors par une meilleure compréhension des mécanismes d’altération du bois et donc de son vieillissement.
L’objectif de la recherche
La qualité du bois est liée à sa structure macroscopique et microscopique, mais aussi à la structure submicroscopique des parois cellulaires, qui est déterminée par ses constituants chimiques. Le but de ce projet de doctorat est donc de comprendre, d’un point de vue subcellulaire et moléculaire, les principaux mécanismes de dégradation du bois. L’accent sera mis sur : (i) la photodégradation, (ii) l’action hydrique et (iii) l’action fongique. Les mécanismes, ainsi que les impacts de chacune de ses sources d’altérations, sont différentes. Il est donc nécessaire de pouvoir les dissocier afin de les appréhender et de mieux les comprendre. Ces caractérisations permettront alors la mise au point de marqueur chimique reflétant de manière simple et efficace le niveau de dégradation. Les connaissances ainsi acquises permettront de mettre au point une modification chimique d’un bois. Le but étant de protéger les éléments structuraux clés des mécanismes de dégradation alors déterminés.
Méthodologie
La structure subcellulaire de l’épinette blanche (Picea glauca; Moench Voss) sera étudiée dans ce projet de recherche avec deux parties distinctes. La première partie analytique s’intéressera à l’utilisation des outils spectrométriques. Des essais de vieillissement accélérés seront réalisés sur l’épinette blanche. L’accent sera mis sur la caractérisation de la cellulose en fonction de l’intensité de la dégradation (temps, énergie, humidité, etc.) En effet la cellulose est le constituant principal du bois et joue un rôle essentiel dans les propriétés mécaniques. Ce polymère possède la particularité d’être composé de zone amorphe et cristalline. La cristallinité de la cellulose varie en fonction de la nature intrinsèque de l’arbre et de l’environnement dans lequel il s’est développé. Cette variabilité sera étudiée afin de mettre en évidence son rôle dans la protection du matériau à son environnement. Ces études permettront également de mettre en avant l’influence ainsi que la prépondérance des différents mécanismes de dégradation sur le bois. En fonction du temps alloué à cette partie et de la pertinence des résultats obtenus, une caractérisation du bois aux moisissures, notamment en fonction du niveau de dégradation pourra être faite. En effet la dégradation du bois entraîne une modification de sa chimie et il peut donc devenir plus ou moins propice aux attaques de type fongique. La deuxième partie s’intéressera à la modification du bois. Elle sera effectuée en utilisant des produits facilement accessibles sur le marché en fonction des mécanismes de dégradation élucidés. Cette modification devra protéger le bois d’un ou de plusieurs types de dégradations et servir de sous couche aux travaux de finition de type transparent.
Applications potentielles et retombées industrielles
Les nouvelles connaissances qui découleront de ce travail permettront à l’ensemble de l’industrie du bois d’avoir une meilleure compréhension des limites actuelles de leurs produits. Cela permettra alors l’ouverture de nouveaux axes de recherche avec comme objectif la performance du bois et de son revêtement. De plus, la modification du bois entre dans une problématique actuelle : la limite des finitions transparentes.
Mur radiant : panneaux composite hybride bois et matériel inorganique
Descriptif :
L’inertie thermique se caractérise par un décalage entre le moment où l’on chauffe la paroi et le moment où elle restitue la chaleur et devient chaude; il en est de même lorsqu’elle refroidit : plus l’inertie est forte, plus ce décalage est long. Le projet consiste à exploiter l’inertie thermique d’un matériau sous forme de panneau composite hybride bois-poudre de pierre de stéatite pour obtenir une importante masse inertielle. Pour chauffer les panneaux hybrides, on testera deux types de systèmes de chauffage en faisant circuler à l’intérieur des panneaux de l’eau chaude et/ou de l’air chaud qui provient d’une centrale de production de chaleur. Ce type de panneau utilisé comme mur procure des avantages compte tenu de son inertie. Par exemple, une fois que les murs atteignent la température ambiante et lorsqu’on ouvre une porte, ils n’ont pas le temps de se refroidir et restent chauds : la pièce retrouve donc sa chaleur initiale instantanément, grâce aux rayonnements chauds des murs. En été, les murs sont lentement chauffés pendant la journée par le rayonnement solaire et la température extérieure. La nuit, le mur restitue la chaleur ainsi emmagasinée. Un système de gestion de l’énergie est à développer pour diriger cette énergie en surplus vers un lieu de stockage. La modélisation et la simulation seront utilisées de façon intensive dans ce projet. L’utilisation de composite à base de fibre de bois comme matériau radiant est à développer et est novatrice.
Modélisation et expérimentation de l’acoustique des bâtiments en bois
Problématique
Aucun modèle fiable n’existe pour prédire le comportement acoustique du bâtiment en bois. Les essais sont toujours douteux. Il est donc nécessaire d’établir un modèle fiable pendant la conception pour prédire l’isolation acoustique du bâtiment en bois.
L’objectif de la recherche
Modéliser le comportement du plancher en bois et guider la conception de la construction
Méthodologie
Méthode d’éléments finis; Statistical energy analysis
Applications potentielles et retombées industrielles
Ce modèle de prédiction d’acoustique répond aux besoins industriels et guide potentiellement la conception de la structure.
Analyse de marché et ingénierie pour le déploiement de systèmes innovants de résille en bois
Problématique
Cette recherche vise à explorer comment une entreprise oeuvrant dans un marché plus traditionnel comme le bois d’oeuvre pourrait se réorienter pour fournir en composants le système de résille qui répond à des besoins réels du marché.
L’objectif de la recherche
– Comprendre le marché pour les systèmes de résille ;
– Développer un ensemble de processus permettant de mettre au point des systèmes de résille durables et innovants ;
– Proposer un mode de gestion organisationnel favorisant l’expansion du produit à de nombreux marchés.
Méthodologie
Une première partie du projet consisterait à mieux définir l’offre, la façon de se différencier, le marché visé par le produit, la manière de le réaliser et les bénéfices qui pourraient en être tirés. La deuxième partie concerne l’étude plus précise du processus de fabrication du produit. Il s’agit alors d’analyser les étapes de fabrication du produit, la façon d’affecter les ressources à chacune des étapes et les commandes à prioriser/repousser à plus tard advenant une sous-capacité. Un outil d’aide à la décision pourrait alors être élaboré pour établir un plan de production en fonction des diverses commandes de produits traditionnels/composants de résille qui pourraient avoir lieu. La dernière partie porterait sur le développement collaboratif de la solution. Une fois les composantes fabriquées, elles se doivent d’être assemblées et une collaboration avec un fournisseur d’attache pourrait être établie. Il s’agirait alors d’étudier comment planifier le système de production dans une logique plus collaborative et de trouver des mécanismes pour bien répartir les coûts, les bénéfices et les risques en conséquence.
Applications potentielles et retombées industrielles
Un ensemble d’outils permettant d’évaluer si un tel un produit est profitable pour un marché encore sous-exploité
