Bois lamellé-collé (BLC)

Les forêts recouvrent près de la moitié du territoire québécois, soit plus de 750 000 kilomètres carrés. Pour cette raison, le bois est une ressource largement disponible pour diverses applications. Les avantages environnementaux de la construction en bois sont nombreux. Par exemple, l’utilisation de 1 m3 _{de bois permet de retirer 0.9 tonne de CO2 de l’atmosphère [10]. Le bois est un matériau très} diversifié. Ses propriétés physiques et mécaniques varient selon le type d’essence, les conditions de croissance et le taux d’humidité. Le tronc de l’arbre est composé de cinq couches bien distinctes qui sont représentées à la Figure 2.24.

1- Le duramen se trouve au cœur de l’arbre. Il est composé de cellules mortes qui ont terminé de se développer. C’est la partie la plus dure et résistante de l’arbre. Il se distingue de l’aubier par une couleur plus foncée. Sa fonction est de rigidifier l’arbre en constituant la charpente de l’aubier qui l’entoure. C’est cette partie de l’arbre qui est la plus utilisée en construction.

28 2- L’aubier (bois vivant) est composé de cellules vivantes et permet d’acheminer la sève brute du sol vers les feuilles. Cette partie est beaucoup plus fragile que le duramen dans laquelle les parasites y trouvent des éléments nutritifs. Ces couches se transformeront en duramen pendant la croissance de l’arbre.

3- Le cambium est une fine zone entre l’aubier et l’écorce qui assure la croissance de l’arbre. 4- Le liber (écorce interne) sert à transporter la sève élaborée, issue de la photosynthèse. La

plupart de ces cellules sont mortes.

5- L’écorce protège l’arbre des intempéries et des parasites. Elle est composée de cellules mortes. Elle est imperméable, mais permet les échanges gazeux pour la respiration des cellules vivantes sous-jacentes.

Figure 2.25 : Structure de l’arbre

Le bois est un matériau organique possédant une structure interne particulière. Le duramen, qui est la partie la plus solide de l’arbre, sert de charpente. Les cellules sont disposées de façon verticale et parallèle dans les parois cellulaires, permettant ainsi aux arbres de résister à certaines contraintes extérieures comme le vent. Le bois est donc fortement anisotrope et possède une meilleure résistance dans la direction parallèle au fil que dans les deux directions perpendiculaires au fil (radiale et tangentielle).

Le bois est un matériau qui peut se transformer en différents produits d’ingénierie. Le bois lamellé- collé (BLC) en est un exemple. Composé d’un empilage de petites lamelles de bois collées parallèlement au moyen d’adhésif structural, le BLC est un matériau performant, polyvalent et durable.

29 Il permet la fabrication de sections droites ou courbes de grandes dimensions. Il est utilisé comme poutre, colonne ou arche dans des longueurs limitées principalement par le transport. La Figure 2.26 illustre diverses réalisations dont le matériau prédominant est le bois lamellé-collé.

Figure 2.26 : Quelques réalisations en bois lamellé-collé [48-51]

2.4.2.1 Propriétés mécaniques du BLC

L’une des principales caractéristiques intéressantes du bois est son ratio résistance / masse volumique très élevé. Ce ratio lui permet de se démarquer par rapport à ses concurrents, car une structure légère diminue la charge permanente de l’enveloppe et permet ainsi de diminuer l’épaisseur et le coût des éléments structuraux. « À titre d’exemple, une poutre d’une portée simple de 7.3 m supportant une surcharge de 14.4 kN/m non pondérée, en plus de son poids propre, aura les caractéristiques suivantes : » [52] (Tableau 2.3)

(a) Complexe de soccer (Nordic©_{), Québec, Canada (b) Pont forêt Montmorency (Nordic©), Québec, Canada}

30 Tableau 2.3 : Ratio résistance mécanique / masse volumique des matériaux de construction [52]

Matériaux Béton Acier Bois lamellé-collé

Résistance en flexion (Mpa) 30 350 30.6

Masse volumique (kg/m3_{) 2400 7850 560}

Ratio (x106 Nm/kg) 0.013 0.044 0.055

La conception du bois lamellé-collé est basée sur l’utilisation de classes de contrainte. Le Code national canadien du bâtiment (CNCB) exige que le BLC soit fabriqué selon les critères de qualité du CSA 0177. Au Canada, il existe trois principales combinaisons d’essences : (i) Douglas-mélèze; (ii) Épinette, pin- tordu et pin-gris; (iii) Pruche-sapin et Douglas-Mélèze. Ces classes de contraintes sont présentées dans le Tableau 2.4.

Tableau 2.4 : Classes de contrainte du bois lamellé-collé [53]

Éléments fléchis 20f-E 20f-EX Utilisé pour les membres sollicités en flexion ou en flexion combinée et charge axiale

24f-E 24f-EX

Éléments comprimés 16c-E 12c-E Utilisé pour les membres sollicités principalement en compression axiale

Éléments tendus 18t-E 14t-E Utilisé pour les membres sollicités principalement en tension axiale

Le nombre dans les catégories de contrainte indique la contrainte de flexion admissible. Les lettres « f, c et t » désignent respectivement la flexion, la compression et la tension. La lettre « E » indique que la plupart des lamelles doivent être testées mécaniquement pour la rigidité et la désignation EX est applicable aux éléments de flexion qui sont assujettis à des inversions de contrainte. Par exemple, une désignation 24f-E signifie un élément de flexion testé par une machine avec une contrainte de flexion admissible de 2400 psi [53].

Les propriétés et résistances prévues du BLC dépendent donc de plusieurs paramètres. Dans le cas de cette recherche, le bois utilisé pour la conception et les essais en laboratoire est le Nordic Lam 24F- ES/NPG qui a été fourni par Nordic Structures et les résistances prévues et autres propriétés sont listées dans le Tableau 2.5 [54].

31 Tableau 2.5 : Résistances prévues et autres propriétés [54]

Produit Nordic Lam

Utilisation Poutres et colonnes

Classe d’aspect Architectural

Classe de contraintes 24F-ES/NPG

Flexion selon l’axe X-X ou Y-Y

Moment de flexion (Fb) 30.7 Mpa

Cisaillement longitudinal (Fv) 2.5 Mpa

Compression de flanc (Fcp) 7.5 Mpa

Module élastique réel € 13100 Mpa

Module élastique apparent (Eapp.) 12400 Mpa

Charge axiale

Compression de fil (Fc) 33.0 Mpa

Traction de fil (Ft) 20.4 Mpa

Traction perpendiculaire au fil (Ftp) 0.51 Mpa

Module élastique (Ea) 13100 Mpa

Calcul des assemblages

Densité moyenne (G) 0.47

Masse volumique caractéristique (ρk) 430 kg/m3

Masse volumique (ρ) 560 kg/m3