CA2238491A1 - Poutre de bois ingenieree - Google Patents

Abstract

La poutre en bois lamellé-collé creuse est un matériau de construction caractérisé
par des propriétés mécaniques et physiques de beaucoup supérieures au bois conventionnel (commodités) et pouvant compétitionner les bois ingéniérés les plus performants sur le marché nord-américain et même en Europe et en Asie.
Dans la présente invention, les caractéristiques du bais ainsi que la conception du produit sont optimisées afin d'atteindre de hauts standard de performance. La poutre en bois lamellé-collé creuse est conçue à partir d'épinette noire provenant de la forêt boréale québécoise, essences ayant les fibres les plus denses an Amérique du Nord.
Procédé de fabrication Il est nécessaire d'élaborer tout d'abord le procédé de fabrication du produit car celui-ci a une influence sur la conception du produit (ex. dimensions):
De façon générate, le procédé recommandé permettant de fabriquer le produit peut se décrire en cinq (5) phases:
Phase 1 : Séchage du bois brut vert ~ Séchage du bois brut vert entre 10 et 14% d'humidité
Phase 2 : Préparation du bois brut sac ~ Analyse du taux d'humidité du bois ~ Réfendage des pièces de bois en deux (2) sections ~ Classement visuel des pièces de bois Phase 3: Première passe de fabrication du produit ~ Moulurage des faces étroites de la pièce de bois ~ Préchauffage des faces à coller ~ Application de la colle phénol-résorcinol sur les faces à coller ~ Pressage des pièces de bois encollées ~ Durcissement du joint de colle Phase 4: Deuxième passe de fabrication du produit ~ Moulurage des faces larges de la pièce de bois ~ Préchauffage des faces à coller ~ Application de la colle phénol-résorcinol sur les faces à coller ~ Pressage des pièces de bois encollées ~ Durcissement du joint de colle Phase 5: Préparation du produit fini ~ Rabotage final aux dimensions normalisées du marché
~ Contrôle de la qualité de façon visuelle, mécanique et physique ~ Éboutage d'équerre ou de précision ~ Estampillage selon l'association accréditée correspondante ~ Empilage, emballage et identification des paquets Les propriétés mécaniques élevées du produit permettraient des applications structurales ou non-structurales à grande portée ou de grande stabilité
dimensionnelle, particulièrement les applications où des niveaux élevés de résistance en flexion, traction, compression ou à la délamination sont requis.

Les avantages majeurs de cette invention pour les utilisateurs sont les suivants:
~ capacité d'utiliser une quantité moindre de bois dans une construction pour un niveau équivalent de résistance ~ capacité d'utiliser des portées plus longues dans les planchers et dans la toiture ~ capacité d'espacer encore davantage tes montants ou colombages dans les murs ~ capacité d'utiliser des montants plus droits dans les systèmes de murs montés en usine ~ produit non-réglementé par les quotas d'exportation américain ~ produit permettant une récupération accrue de sciage et une réduction de la production de copeaux

Description

Les avantages majeurs de cette invehtion pour les utilisateurs sont les suivahts D capacité d~utiliser une quantité moindre de bots dans une construction pour un .. niveau équivalent de résistance . D capacité d'utiliser des portées plus longues dans les plancf~ers et dans la toiture D capacité d'espacer encore davantage les montants ou colombages dans les murs ~ capacité d~utiliser des montants plus droits dans les systèmes dé murs montés eh usine y produit hoh-réglementé par les quotas d'exportation américain :. D produit permettant une récupération accrue de sciage et une réduction de la production de copeaux MÉMOIRE DESCRIPTIF
La présente invention appelée ~~ Poutre eh bois lamellé-collé creuse ~
eohsiste en un matériau de canstru~tion composé de bois d'épinette noire et de colle.
L'utilisation principale de ce matériau est eomrne élément de charpente en bois dans les constructions résidentielles, commerciales et industrielles.
Ce matériau peut avoir de multiples utilisations dans une ef~arpento salent D comme mantsht 0u colombage dans un mur D comme élément composant une ferme de tait (trusses) D comme élément composant une poutrelle de planefier . ~ ~ comme élément composant une poutre lamellée-collée Y comme solive de planei,er Les produits du bois conventionnels (commodités faits de bois naturels] tels q4e lac grades no. 1 et no. 2 furent et sont tou[ours largement utilisés nomme bois d~
structure. Par contre, les bois de grade MSR (IUge(,anieal Strass Roted] ou bols ciassë mécaniquement gagne de plus en plus an popularité ~ear il assure un niveau de résistance tnéeahique spécifique et constant.

CA 02238491. 1998-OS-22 Enfiih, les nouveaux bais ingëniérés (bots composés avec l'aide du génie f~umain) sont eapahles de prestations supérieures aux bais naturels car ils sont en mesure de rencontrer des exigences nettement plus élevées en terme de résistance et de rigidité, en terme également de portées pouvant être atteintes, sans compter qu'ils peuvent étre produits à partir d'une mature première plus abondante et mains COUteuSe.
Le tableau 1 ~ présente la capacité structurale des prlneipaux produits de bais selon son degré de résistance ~ des contraintes de flexion, de traction et de compression.
Ce tableau démontre le niveau da résistance élevé de I~inventlan (Produit) cotnparativetnent aux Gais conventionnels et ihgénié~és.

PROPRI~TÉS MÉCANIQUES DES PRODUITS DU BOIS (MPa) .Produit du bois Module Rsistance Rsistance Rsistance (pinette haire) d~lasticiten flexioneh tractionen compression (El (fie) (~t) (~~l Na 2 8,965 6.9 4.1 4.7 No 1 10,45 8.3 5.0 6.0 MSR 1800 11,025 12.4. 8.1 10.0 MS R 2100 12,405 14.5 10.9 11.7 lVl- 13,790 20.2 13.8 2Q.9 _ Parallam 13,790 21.11.. 16.5 20,0 Gang-Lam LVL 13,790 37.6 27.9 3g.8 Produit 12,754 41.0 ~ sue'' Notes ~ 1 Mp~ = 145 psi ou 145 Ibs/po2 1 Le module d'élasticité du Produit d~p~ssera celui des bois ingéniér~s Paraliem et LVL lorsque les essais eh traction et . compression seront complétês.
En général, le: produit est 1) Du point de vue du modula d'élasticité
~' 42 96 plus fort que le no 2 _' ~ 23 % plus fort que le no 1 D 16 9~ plus fort que le MSR 1800 ~ 39~ plus fort que le ~ISR 2100 8% moins fort que les bois ih~éniérés les plus résistants

2) Du point de vue de le résistance ~ (s flexion w D 5.9 fais plus fart que le no 2 .' ~ 4.9 fais plus fort que le no 1 . ~ 3.3 fois plus fort que Ie MSR 1800 ~ 2.8 fais plus fort que le MSR 2100 ;. D 1.9 fois plus fort que Ie LVL et le Parailam D 1.1 fois plus fart que le Oang-Lsm LVL

3) Du point de vue de 19 résistance ~ la traction ~ ? fois plus fort que le no 2 ~ ? fois plus fart que le no 1 y ~ fois plus fort que le MSR 1800 .. D ? fois plus foM que le MSR 2100 D ? fais plus fort que le LVL et le Parallam ' ~ ? fois plus fort que ie Gang-Lam LVL

' CA 02238491 1998-OS-22 Au point de vue des lamelles w a l'épaisseur varie entre 1.50" et 4.75" (38 ~ 120 mm) la largeur varie entre 1.50" et 9.450" (38 i3 240 mm) D la longueur varie entre 72.00" et 648.00" (54-') ~ .
D eflaque lamelle peut être sait constituée dune seule puce d~, btiis naturel sur toute sa lotlgueur ou soit composée de plusieurs pièces réuhies gt~ce~ ~ un jointage (finger- joint) C'A 022ift491 199ft-OS-22

4) Du point de vue de la résistahce à la compression i ~ fois plus fort que Ie ho 2 p ~ fois plus fort que le no 1 D ? fois plus fort que le MSR 1800 D ~ fais plus fort qua le MSR 2100 W ~? fois plus fort que le LVI- st le Parallam Y '? plus fort que le Gang-Lam LVL
. Les problèmes majeurs rencontrés par les manufacturiers de bois .de construction soht las suivants . ~ les nouveaux quotas américains d'exportation réduisent significatlvemeht la demande et le niveau de production des usines de sciage car 609 de la production canadienne est vendue aux Etats-Unis ~ l'affaissement des prix de la plupart des produits de pâtes et papiers a réduit le ., niveau de production et par conséquent, réduit la demande de copeaux produits par les usines de sciage w L'incidence de ces deux facteurs sur les opt;rations des usines de seiqge est majeure car las producteurs doivent réduire simultanément leur production de bais de sciage et de copeaux.
Concernant l'excédent de volume de bois de sciage, les manufacturiers envisagent l'exportation vers l'Europe et l'Asie. Cependant, ces marchés sont très exigeants eh v terme de qualité. Les producteurs devront adopter des changements maj~ur~
pouf répandre aux exigences de ces marct,és, ce qui est peu probable ~ court terme.
Du côté de la production de copeaux, les producteurs visent comme splution d'optimiser le rendement sciage afin de soutirer le maximum de bois de sciage dans une même bille de bois. Par contre, les nouveaux sciages récupérés sont majoritairement de basse qualité. Ceci s'explique du fait que les nouveaux sciages récûpérés proviBnnent de la partie extérieure de la bille de bois ou .eub,ier (partie où i1 y a davantage de défauts naturels tels flache, noeud, ete.) que dans la partie du cocus de l'arbre partie oû le bois est plus sain et uniforme).
Ces sciages récupérés sent également soumis aux quotas d'exportation américains.
Les producteurs priviligient prioritairement l'exportation de produits du bois ayant une valeur 'supérieure. Ces sciages sent, par ordre d'importance, ~ tes sciages de dimenslans~ 2x12, 2x10, 2x8, 2x6, 2x4 et finalement le 2x3. Les planches 1x3, 1x4 et 1x6 ont des faibles valeurs et sont normalement écoulés sur le marché
canadien.
Étant donné que le diamëtre mayen des arbres du Québec est beaucoup inférieur à
celui de l'Ouest canadien, les producteurs québécois produisent plus de sciages de faibles dimensions et par conséquent, plus de sciages de faible valeur.
Considérant la faible valeur de ce produit, les manufacturiers ont beaucoup do difficulté
è écouler les sciages de dimensions 2x3 et 2x4, qui représentent 70% de leur praductlon totale.
L'invention en question permettra aux producteurs de solutionner ces problèmes car la principale source de matiére premiére de l'Invention est les sciages de dimensions w. 2x3 et 2x4. C'es sciages proviennent majoritairement dans la partie de la eîme da l'arbre (top) ou d'arbres rachitiques poussant dans Ie nord québécois.
L'avantage v d'utiliser ces sciages dans la fabrication de l'invention est que ceux-ci possédant des fibres très denses et serrées, ce qui confére aux sciages une très grande rigidité.
De plus, une récupération accrue en sciages plutôt qu'en copeaux permettra de créez des volumes supplémentaires de .sciages de dimensions 2x~ et 2x4 voire même da 2x2 aptes ~ entrer dans la fabrication de l'invention. .
Du côté deg utilisateurs des prod~rts du hors tees tes m~nufaeturiers cloutant une transformation supplémentaire au produit, l'invention leur permettra d~utiliser un élément caractérisé par un niveau de résistance mécanique trés élevé et une excellenté stabilité (résistance à l'humidité, droiture, etc.).
De plus, it , est fart probable que l'invention pourra également satisfaire les besoins des canstru~teurs utilisant ce produit du bais comme produit fini en remplacement des colombages (2x3, 2x4 et 2x6) et des solives de plancher (2x8, 2x10 et 2xt 2). .
Le nouveau produit ou l'invention est caractérisé par les spëeificatians suivantes v Au point de vue des matériaux ~ les matériaux constituants le produit sont exclusivement le bais et la colle;
~ l'essence de bois. utilisée est en grande majorité de l'épinette noire. Par contre, il est possible d~utiliser de l'épinette blanche, l'épinette rouge,..le pin gris, le sapin baumier et le mélèze en petites quantités;
~ les . talles à bais utilisées peuvent âtre des oolles de type structural tels la résareinol pure et la phénol-résareinol-formaldéhyde (PRS au de type hah~
structural tel l'acétate de polyvinyle (PVA) ou le garaupe créa, urée-mélamine y (uM) au urée-formaidéhiJdp Au point de vue des dimensions du produit fini h l'épaisseur varie entre 3.00" et 9.4375" (75 à 240 mm) D la largeur varie entre 3.00" et 18.875" (75 à 480 mm) D~ la longueur varie entre 72.00" et f~48.Ot)" (54') Le produit fini est composé ds quatre (4.) lamelles de bois [uxtaposées et collées tes unes aux autres pour obtenir une poutre en bois lamellé-collé
creuse de ditnensidns désirées.
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