Augmenter la part de marché du bois dans la construction non résidentielle est un objectif important dans les pays où les produits forestiers et de bois d'ingénierie jouent un rôle fondamental. Afin de faciliter la production de structures en bois innovantes, il est nécessaire de mettre sur pied des procédures de réingénierie en termes d’analyse de marché et d’amélioration de la productivité. L'objectif principal de cette thèse est de faciliter la production de bois d'ingénierie (produits en lamellé-collé) destiné à être utilisé dans des structures en bois innovantes telles que les résilles en bois. Pour atteindre ce but, trois objectifs spécifiques sont définis. Le premier objectif est de déterminer les phases de production et les opportunités de marché pour la production de résilles en bois. À cet égard, une revue de la littérature académique et de la littérature grise a été réalisée, et vingt échantillons ont été identifiés et analysés à l'aide de diagrammes de processus et de catégorisations. Les résultats ont montré qu’une structure en résille de bois est utilisée dans l'industrie de la construction en Europe et qu'elle est moins connue en Amérique du Nord, ce qui offre une opportunité de marché pour sa production et sa construction. La catégorisation des échantillons étudiés dans les petites, moyennes et grandes structures et l'identification des acteurs pour chaque catégorie fournissent une vue d'ensemble pour les entreprises qui envisagent la production de cette structure. Le deuxième objectif de cette thèse est de fournir un modèle de simulation pour la production de bois lamellé-collé dans de petites usines et le processus d'application de techniques Lean pour apporter des améliorations. À cet égard, le système de production d’une entreprise québécoise a été analysé et un modèle de simulation créé. Afin d'éliminer chaque source de gaspillage, un outil Lean a été suggéré en fonction de la réalité du système à l’étude. Les résultats ont montré une amélioration notable du temps d’attente et de cycle suite à l’utilisation de techniques issues du Lean. Ils ont également contribué à souligner qu’une élimination du gaspillage limitée à 50% pouvait améliorer la considérablement la productivité pour les petites entreprises et s’avérer un premier pas important dans l’implantation du Lean. Le troisième objectif est de fournir un outil de planification et d'ordonnancement de la production dans un contexte de production multi-projets d’ingénierie sur commande (Engineer-to-Order) de bois lamellé-collé. À cet égard, des modèles d'optimisation ont été créés. Le premier modèle (modèle 1) concerne la minimisation du coût de production total, tandis que le modèle 2 vise la minimisation de la durée totale des projets. Le modèle 3 cherche plutôt à réduire le temps de mise en route sur la presse, le poste goulot du système de production considéré. Le modèle 4 intègre les trois objectifs de réduction des coûts, de durée et de temps de mise en route. Deux scénarios d’ajout de projets de grande et de moyenne envergure ont été conçus et testés. Le test des scénarios démontre qu'il y a une capacité suffisante pour l’ajout d’un projet de grande envergure ou de neuf projets de taille moyenne sans recourir à la sous-traitance. L'ajout d'un projet de grande envergure est plus sensible à la période d'insertion, pouvant exiger du temps supplémentaire selon la date de début du projet. Les travaux de cette thèse permettent donc de fournir des outils d'aide à la décision pour les entreprises œuvrant dans un milieu d'ingénierie sur commande afin d'améliorer leur productivité et la standardisation de leurs processus. / Increasing the share of wood in non-residential construction is an important goal in countries with major forest and engineered wood products. In order to facilitate the production of innovative timber structures, procedures should be re-engineered in terms of market analysis and productivity improvement. The main objective of this thesis is to facilitate the production of engineered wood to be used in innovative wood structures such as timber gridshell. To achieve this goal, three specific objectives are defined. The first objective is to determine production phases and market opportunities for the production of timber gridshell. In this regard, a review of the academic and grey literature was conducted, and twenty samples were identified and analysed by making process charts and categorisations. The results showed that gridshell is used in the construction industry in Europe and is less recognised in North America, which provides a market opportunity for its production and construction. The categorisation of studied samples in small, medium and large structures provides an overview for the companies who consider the production of this structure. The second objective of this thesis is to provide a simulation model for the production of glued laminated timber in small factories and the process of applying lean techniques to make improvements. In this regard, the production system of a Small and medium-sized enterprise (SME) was analysed, and a simulation model was created. In order to eliminate each source of waste, a lean tool was suggested according to the reality of the system under investigation. The lean methods were applied in the simulation model to analyse the potential improvements. Results showed a noticeable improvement in waiting and cycle time. It also showed that applying even 50% elimination of the wastes is also a considerable solution to improve productivity as a beginning step for SMEs. The third objective is to provide a production planning and scheduling tool in the context of multi-project engineer-to-order production of glued laminated timber. In this regard, optimisation models were created. The first model (model 1) concerns the minimisation of total production cost while model 2 aims to minimise projects’ makespan. Model 3 introduces the set-up time reduction and model 4 integrates the three objectives of minimising cost, makespan and set-up time. Two scenarios of adding complex and medium projects were designed and tested. Testing the scenarios showed that there is enough capacity for adding one complex project or nine medium projects without the need to outsource. Adding a complex project is more sensitive to the insertion period and beginning the project in different weeks leads to different results in terms of the overtime requirement. As a result, the work of this thesis provides decision support tools for engineer-to-order environments which could help SMEs to improve their productivity and standardisation. / Résumé en espagnol

La conception d'assemblages demeure une étape cruciale durant la conception de structures en bois et peut mobiliser jusqu'à 70% du temps d'ingénierie. Les assemblages doivent a cher une résistance et rigidité adéquate en plus d'offrir une capacité de déplacement a n de compenser le comportement fragile du bois à la rupture. Pour l'industrie, ces critères de conception doivent accompagner d'autres critères clés comme le niveau de préfabrication, le coût ainsi que la facilité de fabrication et d'installation. Parmi les alternatives innovantes, les assemblages avec tiges collées (ATC) procurent une grande rigidité et résistance aux structures de bois, mais offrent également une solution esthétique en cachant les tiges à l'intérieur du bois. Malgré ces avantages, l'utilisation des ATC demeure très limitée en Amérique du Nord vu le manque de règles de calcul et de fabrication. La majorité des essais sur le sujet ont été réalisées avec des assemblages ne comportant qu'une seule tige collée a n d'évaluer l'impact des différents paramètres d'assemblage sur sa résistance. Toutefois, l'utilisation d'assemblages avec une seule tige n'est pas pratique courante pour des raisons de stabilité et de résistance. Cela dit, les ingénieurs concepteurs requièrent des instructions claires sur la conception des ATC. À ce jour, il existe un nombre restreint d'équations qui tiennent compte d'un facteur d'ajustement pour les ATC multi-tiges. La résistance des ATC peut être gouvernée par différents modes de défaillance. Dans le but de compenser la distribution non uniforme de la force à travers les tiges et d'atteindre la plastification des tiges (ductilité), les ATC doivent être conçus pour plastifier avant la rupture du bois ou de l'adhésif étant un mode de défaillance fragile. Basé sur la conception aux états limites, il est probabilistiquement acceptable de considérer la rupture ductile des tiges lorsque la résistance par arrachement au 5e percentile est supérieure à la résistance des tiges au 95e percentile. Toutefois, cette affirmation ne peut qu'être exacte que si le fendage du bois est évité. Le projet de recherche porte sur l'étude de l'e et de groupe d'assemblages avec tiges collées comportant 4, 6, 8 et 10 tiges. Les tests quasi-statiques sont effectués sur des spécimens constitués de bois lamellé-collé 20F-EX, de tiges filetées 5/8 po. (15.9mm) ASTM A307 et d'un adhésif structural de type polyuréthane à deux composantes. Les paramètres d'assemblage ont ii été choisis spécifiquement pour assurer la rupture ductile des assemblages avec une longueur d'ancrage de 400mm, tout en assurant une compatibilité de la rigidité des tiges et du bois (Aw · Ew = As · Es). Sept spécimens par série ont été testés. A n d'évaluer un potentiel e et de groupe ductile, les tiges non collées ont également été mises à l'essai. Il a été constaté que la somme des résistances individuelles des tiges a égalé la résistance des spécimens. En d'autres termes, aucun e et de groupe ductile n'a été observé lorsque la rupture ductile gouverne la rupture des assemblages. Par contre, cette affirmation devient invalide lorsqu'une rupture fragile du bois (arrachement, fendage ou rupture de groupe) survient. Au total, la résistance de 29 des 35 tests expérimentaux a été gouvernée par la plastification et la rupture des tiges filetées a chant un déplacement à la rupture de 3 à 7 mm. Vu la faible capacité à se déformer, la plastification des tiges doit être considérée plus importante pour la prédictibilité du comportement de l'assemblage que pour l'obtention d'un certain niveau de ductilité. Lorsqu'une rupture fragile ne peut être écartée, certaines mesures doivent être prises a n de minimiser la distribution non uniforme de la force à travers les tiges d'un ATC et limiter l'e et de groupe. Par sa grande rigidité, les ATC peuvent rompre fragilement ou atteindre la limite élastique des tiges à l'intérieur du premier millimètre de déplacement. Ceci implique un haut niveau de précision en ce qui a trait à la conception, à la fabrication et à l'installation de l'assemblage. Les résultats de l'étude ont montré qu'un torque controllé de 75 N-mm (55 lbf-ft) combiné à une composante métallique de transfert plus rigide ont augmenté la rigidité effective des assemblages de 207%. Premièrement, la rigidité du système de transfert de la charge vers les ATC jouent inévitablement un rôle important dans la distribution de la force à travers les tiges. Deuxièmement, les écrous des tiges filetées doivent être serrés selon un niveau de serrage minimal permettant de fermer les jeux d'assemblage initiaux et d'engager simultanément toutes les tiges d'un ATC. De plus, l'utilisation de contre-écrous est fortement recommandée a n de générer une force de serrage au lieu d'induire une précharge à la portion collée lors de l'installation. La résistance ultime des tiges filetées ASTM A307 a varié de 410 MPa (60 ksi) jusqu'à 640 MPa (93 ksi) soit 50% au-delà de l'exigence minimale. La surrésistance imprévisible peut directement nuire à la capacité du joint à plastifier et donc, absorber la distribution non uniforme de la force à travers les tiges. Par conséquent, il est recommandé d'utiliser une nuance d'acier telle que ASTM F1554 (Classe 36) qui est soudable, tous les deux économiques, possède une résistance minimale semblable (400 MPa / 58 ksi), mais également une résistance ultime maximale (558 MPa / 80 ksi). / The design of connections remains a crucial aspect in the development of timber structures and can represent up to 70% of the design e ort in timber engineering. Connections must provide su cient strength and sti ness, but also su cient ductility and displacement capacity to compensate for the natural brittleness of wood. For the industry, these fundamental criteria must go along with other key criteria like a high degree of prefabrication, cost e ectiveness, aesthetics and ease of installation and manufacturing. Among alternatives to traditional fastening methods, assemblies with glued-in rods provide high sti ness and strength to timber structures and o er aesthetic solutions by hiding the rods inside the timber. Despite these advantages, the use of glued-in rods in North America is still very limited. Most of the previous studies on the subject have been focused on assemblies with single glued-in rods to measure the impact of the various parameters on the performance of the joints. However, using single rods is not common in practice, and the engineers need relevant guidance for the design of assemblies with multiple glued-in rods. To date, a very few design equations include an adjustment factor to account for the group e ect. The resistance of assemblies with multiple glued-in rods can be governed by di erent failure modes. In order to compensate for the uneven force distribution among the rods and to achieve plastic behaviour of the connections, i.e., ductility, the rods must be designed to yield before withdrawal from the wood. To this end, based on the limit states design philosophy, it is probabilistically acceptable to consider a ductile failure when the 5th percentile (characteristic) strength of the bondline is greater than the 95th percentile strength of the steel rod. This project is focused on the investigation of the group e ect on the short-term behaviour of connections with multiple threaded steel rods glued-in parallel to grain of glulam timber and loaded in tension. An experimental study has been conducted on joints with 4, 6, 8 and 10 threaded rods made of mild steel ASTM A307 with a diameter of 15.9 mm (5/8 in.) and a bonded length of 400 mm using a two-component polyurethane adhesive. The joints have been designed with the intent to yield the rods while optimizing the cross-sections to achieve an equal tensile sti ness of the timber elements and the steel rods: AwEw = AsEs. Seven specimens of each joint con guration have been tested in tension by static loading until failure. The tensile strength of individual rods has been determined by testing as well. It iv has been found that the resistance of the joints equaled the sum of the tensile resistance of individual rods. In other words, no group e ect has been observed within this type of failure when the resistance is exclusively governed by the resistance of the rods. However, this statement becomes invalid when brittle failures (splitting) of timber occurs. To minimize the risk of splitting, transverse reinforcement using self-tapping screws was applied in one test series. When brittle failure cannot be avoided, provisions should be made to minimize the non-uniform force distribution among the rods and thus minimize the group e ect. Due to the high sti ness of the connections, the glued-in rod assemblies can fail in a brittle manner or reach the elastic limit within the rst millimeter of displacement. This implies a high level of precision with regards to the design, production and installation of the assemblies. In total, the resistance of 29 out of 35 specimens has been governed according to yield of threaded rods displaying a displacement of 3 to 7 mm. Because of the low displacement capacity of the connection, yielding of the glued-in rods connections should be considered even more important with regards to the behaviour of connections for providing ductility. First, the sti ness of the load-transferring xture plays an important role in the force distribution among the rods. Second, the nuts must be tightened at a minimal controlled torque in order to close initial gaps and engage simultaneously the glued-in rods. Furthermore, counternuts are highly recommended to generate clamping force rather than pre-stressing the bonded inner part while tightening the rods. The test results showed that using a sti load-transferring xture and a controlled torque of 75 N-mm (55 lbf-ft) led to an increase of the e ective sti - ness by 207% compared to specimens tested with a exible load-transferring xture and with nger-tightened nuts. The tensile strength of the threaded mild steel A307 rods varied signi cantly between the minimum required 410 MPa (60 ksi) up to 640 MPa (93 ksi), i.e., over 50% higher than the minimum requirement. The unpredictable over-strength can directly a ect the capacity of the joint to yield, i.e., to absorb the uneven force distribution among the rods. Thus, it is recommended to use a more reliable steel grade, such as ASTM F1554 (Grade 36), which is weldable, has a similar minimum tensile requirement (400 MPa / 58 ksi), but also has a maximum tensile strength requirement (558 MPa / 80 ksi).

Depuis les années 90, les architectes ont conçu des bâtiments fortement vitrés. Bien que la lumière naturelle soit plus qu'abondante, leur efficacité énergétique est toutefois questionnée. Pour réduire l'intensité énergétique dans les édifices à bureaux, une stratégie efficace réside dans le potentiel de la masse thermique contenu dans les planchers. Dans cette recherche, une dalle structurale de plancher fait en bois d'ingénierie le CLT (panneaux de bois lamellé-collé) est comparer à une dalle de plancher standard en béton. Le but de cette recherche est de comprendre la dynamique des dalles planchers en CLT et d'optimiser la performance énergétique d'un édifice à bureaux virtuels. Différents scénarios comprenant le pourcentage de verre en façade, les températures de consigne et la ventilation naturelle sont optimisés à l'aide du logiciel de simulation DEROB-LTH. Cette recherche présente les résultats de simulation énergétique pour l'intensité énergétique en chauffage et climatisation ainsi que les demandes de pointe pour un édifice à bureaux.

La construction de type commercial connait un nouvel engouement pour l’utilisation du bois comme matériau constituant la structure principale. Le développement de produits d’ingénierie tels le bois lamellé-collé et le bois lamellé-croisé (CLT) contribue de façon significative à cet essor. Ces produits permettent d’atteindre de nouvelles limites dans la réalisation de projets en bois. Toutefois, certains éléments empêchent la pleine réalisation de projets en panneaux CLT, notamment en ce qui concerne les assemblages. D’une part, les équations actuelles, permettant de déterminer la résistance en arrachement et en enfoncement dans le bois d’œuvre et dans le bois lamellé-collé, présentent certaines lacunes. D’autre part, aucune méthode n’est à l’heure actuelle présente dans l’édition 2009 de la norme canadienne sur les règles de calcul des charpentes en bois CSA O86-09 (2009) pour le calcul de la résistance à l’enfoncement et à l’arrachement du bois lamellé-croisé. Trois objectifs ont donc été établis dans le cadre du présent projet de recherche: -Développer une équation permettant de prédire la résistance à l’arrachement des connecteurs filetés dans le bois d’œuvre et lamellé-collé; -Évaluer la performance des équations décrivant la résistance à l’enfoncement des éléments en bois d’œuvre et lamellé-collé ainsi que la pertinence des variables incluses dans ces équations; et -Développer des équations permettant de calculer la résistance à l’arrachement et à l’enfoncement de connecteurs utilisés dans les panneaux structuraux en bois lamellé-croisé. Suite aux résultats provenant d’essais réalisés sur le bois d’œuvre, lamellé-collé et lamellé-croisé à l’aide de tirefonds et de vis auto-taraudeuses, de nouvelles équations décrivant la résistance à l’arrachement et à l’enfoncement seront proposées au comité technique CSA O86. Chacune des propositions inclura une étude d’impact permettant d’évaluer l’incidence, advenant de telles modifications dans la prochaine version de la norme CSA O86. / Commercial construction has witnessed a new enthusiasm in the use of timber as primary structural material. Engineered wood products such as glued-laminated timber and cross-laminated timber (CLT) play an important part in this development. These products allow wood construction to reach new heights. However, certain gaps in knowledge need to be filled to attain the full potential of wood construction, especially with regards to connections. First, current equations for dowel embedment strength and withdrawal resistance of fasteners in sawn timber and glued-laminated timber are deficient. Secondly, no design methods are provided for dowel embedment strength or withdrawal resistance of fasteners in cross-laminated timber in the 2009 edition of Canadian standard for engineering design in wood CSA O86-09 (2009). For these reasons, the goals of the research project are established in three main objectives: -Develop a design equation for withdrawal resistance for threaded fasteners in sawn timber and glued-laminated timber; -Evaluate the performance of dowel embedment equations for sawn timber and glued-laminated timber from different international standards, and determine the influence of variables on their accuracy; -Develop equations for dowel embedment strength and withdrawal resistance of fasteners in cross-laminated timber. After the compilation of results and analysis of withdrawal and embedment tests with threaded fasteners on sawn timber, glued-laminated and cross-laminated timber, the most accurate design models for each product were proposed. Each proposal includes an impact study showing the influence of the proposed design models, in case of adoption in the next edition of the CSA O86 standard.

Depuis quinze ans, on recommence à construire en bois, et notamment en bois lamellé-collé (LC), pour répondre aux nouveaux challenges imposés par les problématiques de développement durable. Néanmoins, des problèmes de dégradations liés à l'humidité ou aux cycles d'humidification/séchage limitent le développement des ouvrages en bois. De ce fait, le suivi de l'humidité des ouvrages d'art en bois devient un enjeu crucial. Aujourd'hui, certaines solutions existent mais ne permettent pas un suivi local au niveau des lamelles du bois LC. Une telle solution permettrait d'améliorer la prédiction de la durée de vie des ouvrages. Suite à ce constat, nous avons proposé de transformer le bois LC en " structure intelligente " par intégration d'un système du suivi de l'humidité au niveau des lamelles, et ce, en tenant compte des principales contraintes de fabrication de ce matériau (faible épaisseur du joint collé, pression de collage importante, etc.). Pour ce faire, nous avons effectué une recherche bibliographique afin de sélectionner les méthodes de suivi pouvant répondre à ces contraintes. A l'issue de cette recherche, deux technologies se sont révélées intéressantes : les mesures électriques et les mesures ultrasonores. Plusieurs configurations de mesures ont été proposées et testées pendant ce travail de thèse. Par la suite, nous avons effectué des essais préliminaires pour s'assurer du bon fonctionnement de ces configurations de mesures, et ainsi vérifier le comportement des capteurs lors de la fabrication du bois LC. Puis, nous avons humidifié les échantillons en utilisant deux protocoles d'humidification différents afin de vérifier la faisabilité du suivi de l'humidité avec les capteurs intégrés. Les résultats montrent que l'ensemble des configurations de mesures sont opérationnelles pour suivre la variation de l'humidité dans les échantillons LC. De plus, pour les mesures électriques, nos résultats montrent que l'on peut adopter quasiment les mêmes modèles d'étalonnage pour le suivi de l'humidité par mesures résistives, quel que soit le type de capteurs utilisé. Qui plus est, il est possible de récupérer des informations complémentaires par la réalisation simultanée des mesures résistives et des mesures capacitives en utilisant les électrodes surfaciques. Concernant les mesures ultrasonores, nous avons obtenu les courbes de sensibilité en fréquence pour plusieurs familles de capteurs à film piézoélectrique. L'influence de la pression de collage et de la distance entre les capteurs sur les mesures électriques/ultrasonores a aussi été investiguée dans ces travaux. De futures études consisteront à utiliser ces configurations de mesures pour le suivi in situ dans les ouvrages, ainsi qu'à établir un lien entre la durabilité des structures LC et les cycles d'humidification/séchage afin de prédire la durée de vie résiduelle des ouvrages d'art en bois. / For fifteen years, we restart to construct with wood, and particularly with glulam to respond to the new challenges imposed by the issues of sustainable development. However, degradation issues related to moisture content (MC) or wetting/drying cycles limit the development of timber structures. As a result, the MC monitoring in timber structures becomes a critical issue. Today, several solutions exist but they do not allow a local monitoring in the lamellas of glulam. Such a solution would improve the prediction of the service life of timber structures. In the light of this observation, we proposed to transform glulam into "smart material" by embedding a MC monitoring system in the lamellas, and this, considering the major constraints of fabrication of this material (small glue line thickness, important bonding pressure, etc.). To achieve this, we have conducted a bibliographic research, in order to select the monitoring methods which can satisfy these constraints. According to this research, two technologies turn out to be interesting: the electrical measurements and the ultrasonic measurements. Several measurement configurations were proposed and tested in this PhD work. Thereafter, we conducted preliminary tests to make sure of the good functionality of these measurement configurations, and also to verify the behavior of sensors throughout the glulam fabrication process. Afterwards, we moistened the specimens with two different moistening protocols in order to verify the feasibility of MC monitoring with embedded sensors. Results showed that all the measurement configurations are operational for the MC monitoring in glulam specimens. Moreover, for electrical measurements, our results show that we can adopt almost the same calibration models for the MC monitoring by resistive measurements, no matter the type of sensors used. Furthermore, it is possible to obtain complementary information by the realization of the resistive and capacitive measurements at the same time, using surface electrodes. Regarding the ultrasonic measurements, we have obtained the sensibility curves in frequency of several families of piezoelectric film sensors. On the other hand, the influence of bonding pressure and of sensor distance on the electrical/ultrasonic measurements was also investigated in this study. Future studies will consist in using these measurement configurations to perform in situ monitoring in timber structures, and also to establish a link between the durability of glulam structures and the wetting/drying cycles in order to predict the service life of timber structures.