Les professionnels et entrepreneurs ayant conçu les habitations PAL6 sont parmi les premiers à s’être lancés dans l’aventure de la construction d’un bâtiment d’ossature légère de bois de six étages.

Bien que ce système constructif soit largement répandu pour les habitations de quatre étages et moins, l’ajout de deux niveaux (permis par la réglementation depuis 2014) comporte quelques particularités. Les principales concernent la structure, qui doit composer avec de plus grandes charges gravitaires et latérales, et les caractéristiques additionnelles de sécurité incendie.

Aperçu du bilan de ce projet, qualifié de positif par les ingénieurs en structure, ainsi que leurs recommandations.

Les particularités de l’ossature légère 

L’ossature légère tire son nom des petites dimensions des éléments structuraux (2 x 4, 2 x 6) qui, par leur assemblage, assurent la résistance structurale de l’ensemble. Le système constructif de PAL6 est composé de planchers de poutrelles ajourées et de fermes de toit qui s’appuient sur des murs porteurs d’ossature légère en plus de poutres et de colonnes en bois d’ingénierie. Selon les professionnels de la firme Douglas Consultants, qui ont conçu la structure, l’ossature légère présente beaucoup d’avantages, mais également des particularités qui demandent de l’attention. Parmi celles-ci, notons la gestion des intempéries et des risques d’incendie pendant le chantier, la gestion du retrait suivant le séchage de la structure et le contrôle des connexions des nombreux éléments de construction. 

Quoique l’ossature de bois requière bien des détails d’assemblage, la nature du matériau et l’optimisation des dimensions des éléments structuraux allègent les coûts de construction et le poids du bâtiment. C’est cette diminution de charge qui a justifié son utilisation sur le site de faible capacité portante de la Pointe-aux-Lièvres, où se situe ce multilogement communautaire. La classe sismique élevée du sol représentait également un facteur favorable à ce système structural, qui limite le transfert de secousses au bâtiment qui repose, dans ce cas, sur un système de pieux.

Différences structurales pour les bâtiments de cinq ou six étages

La structure de PAL6 est similaire à celle d’un projet de quatre étages, mais les colombages, murs de refend et poteaux sont plus nombreux, ou plus résistants, pour supporter la charge supplémentaire. De l’avis des ingénieurs, les plus grandes différences se situent sur le plan du contreventement et du mouvement vertical dus à l’assèchement du bois (retrait) et à l’écrasement sous les charges ponctuelles. La variation du taux d’humidité des pièces de bois peut théoriquement engendrer des différences pouvant aller jusqu’à 20 mm par étage. Pour éviter des dommages aux éléments architecturaux, mécaniques et à la structure elle-même, l’équilibrage du mouvement différentiel est le principal défi de conception des ingénieurs. De fait, bien que le retrait puisse être anticipé, l’affaissement doit être uniforme pour éviter les déformations. Le recours à des composants de bois qui résistent à l’écrasement pour les lisses et sablières et l’utilisation d’ancrages de retenue avec compensateurs de retrait participent à contrôler le mouvement. Des détails de jonction entre la structure et les matériaux plus rigides, qui ne bougent pas de la même façon, doivent aussi être réfléchis. Concernant l’enveloppe, les portes, les fenêtres, les revêtements et les balcons sont parmi les détails critiques qui doivent permettre un certain mouvement, sous peine d’affecter l’intégrité et la durabilité de l’assemblage des murs extérieurs.

Développer ses solutions

Lors de la conception (2014-2015), les professionnels disposaient de peu de références et ont su développer des méthodes de calcul et des détails de construction. Le design de plaquette de contreplaqué pour contrôler notamment l’écrasement au-dessus des colonnes qui descendent les charges des six étages au sol ainsi que celui du bloc tirant en sont des exemples.

La présence de quatre-vingts tirants métalliques couplés de compensateurs de retrait a été une nouveauté pour ce projet de plus de 6 000 m². Ces tirants équilibrent le basculement des murs de refend et absorbent le retrait lié au séchage du bois. Comparativement à un système conventionnel de retenue verticale (holdown), les tirants sont continus et accumulent les charges à chaque niveau. L’attention portée à leur conception a facilité leur bonne mise en œuvre.

Respecter les normes

Les exigences de sécurité incendie d’un bâtiment sont en grande partie liées à son usage et à ses dimensions. Comparativement aux habitations de moindre taille, des mesures additionnelles de protection sont ainsi prévues pour la construction à ossature légère de cinq ou six étages. Les planchers, les murs et la toiture doivent avoir un degré de résistance au feu d’une heure et les séparations coupe-feu doivent être continues à l’intérieur des vides de construction. Ces espaces clos doivent être munis de gicleurs ou remplis d’isolant incombustible pour éviter une éventuelle propagation dissimulée du feu. Bien que la nouveauté de l’intégration de ces mesures ait exigé un travail de réflexion pour les architectes de la firme Lafond Côté Architectes, leur mise en œuvre s’est réalisée sans encombre. Les efforts de conception ont permis de spécifier des compositions de murs et planchers qui répondent à la fois aux normes de sécurité incendie et d’acoustique. 

Sur le plan thermique, les assemblages doivent composer avec la grande présence de la structure de bois dans les murs des étages inférieurs, qui supportent les charges de tous les niveaux. L’espace pouvant être occupé par de l’isolant à l’intérieur de ces murs étant réduit, l’atteinte du bon niveau de résistance thermique s’est révélée plus laborieuse à certains endroits.

L’arpentage précis de la localisation des tirants sur les fondations, le préusinage des lisses basses et sablières et le design d’un « bloc tirant » ont facilité la mise en œuvre répétée, l’alignement et la fonctionnalité du système. Source : Douglas Consultants

Préfabrication et chantier

L’entrepreneur général ayant remporté l’appel d’offres de construction s’est associé à Structures Ultratec, qui a fabriqué les murs, poteaux-poutres, poutrelles et fermes à l’aide de modèles 3D. Les différents logiciels utilisés pour la conception et la production ont nécessité beaucoup de coordination et de vérification avec les ingénieurs pour s’assurer du transfert exact des détails critiques de clouage et de positionnement des éléments et connexions. 

L’expérience a mis en valeur l’intérêt d’intégrer plus largement le BIM (Building Information Modeling ou modélisation des données du bâtiment) pour uniformiser les maquettes numériques, gagner en efficacité et faciliter la production industrielle. La précision des dessins de production et, subséquemment, celle des composants structuraux sont cruciales pour réaliser un assemblage efficace aux chantiers. D’éventuels ajustements sur le site pour corriger des composants aux dimensions erronées viendraient miner les gains de temps de la production en usine. Ce gain sur le calendrier de réalisation est rendu possible par le chevauchement des étapes, comme la préfabrication de la charpente et des travaux de fondation.  

De l’importance de la communication des détails d’assemblage au chantier

L’érection de la structure de six niveaux sur le site s’est effectuée en moins de douze semaines. Les professionnels responsables de la surveillance de chantier s’accordent pour dire que la rapidité d’assemblage des composants préfabriqués accroît le besoin d’une bonne communication auprès de l’entrepreneur et des ouvriers. Les nombreuses reprises de travaux suggèrent qu’il aurait été important d’avoir davantage d’échanges en début de chantier sur la nécessité de certains détails d’assemblage. À ce titre, puisque l’assemblage des revêtements des murs et planchers ainsi que celui des murs entre eux participent à la stabilité de la structure, le respect des spécifications de clouage et vissage est primordial (diamètre, longueur, assemblage, continuité). Une mauvaise compréhension de l’utilité de certains détails – qui peuvent différer de la construction plus courante de plus petites habitations – peut engendrer des non-conformités.

Bien que le respect des détails soit également une considération dans les constructions d’ossature légère de moindre dimension, les défauts peuvent s’accentuer avec la hauteur et un bâtiment de six étages requiert davantage de précision. Comme le font remarquer les concepteurs, une plus grande hauteur augmente également l’exposition aux intempéries, et le possible décalage des façades d’un étage à l’autre peut notamment causer des défis dans la pose des isolants et revêtements. Les tolérances de mise en œuvre des murs et de déformation maximale combinée de ces murs doivent être indiquées au devis.

Pour faciliter le respect des spécifications, la production de documents synthétiques des plans d’ingénierie pour chaque portion de travaux pouvant facilement être consultés au chantier s’est révélée efficace et pratique. De même, un processus systématique de contrôle qualité gagne à être mis en place au fur et à mesure de l’avancement de l’ouvrage.  

Économique!

L’économie sur les coûts de matériaux et de mise en œuvre est l’un des facteurs ayant mené à la sélection de l’ossature légère. Le groupe de ressources techniques Action-Habitation, à l’origine du développement du projet, estime cette réduction des coûts de construction au mètre carré à environ 10 % (par rapport à un multilogement comparable construit avec des structures plus usuelles pour ce segment de marché et selon les prix au moment de l’appel d’offres).

Cet ordre de grandeur ne saurait toutefois être généralisé : le recours à différentes solutions techniques, la localisation et les particularités d’un projet, ainsi que la disponibilité des matériaux et de la main-d’œuvre sont autant de facteurs sujets à faire varier les coûts de construction et l’écart de ces coûts entre différents systèmes constructifs.

Quoi retenir? 

Préfabriqué de pièces de bois de dimensions courantes, le système à ossature légère est reconnu pour son accessibilité et son efficacité de mise en œuvre. Le recours à ce système constructif pour les habitations de moyenne hauteur ouvre de nouvelles possibilités pour  ces typologies de bâtiments, dont le nombre tend à augmenter avec la densification des zones urbaines. Par rapport aux options de construction plus courantes que sont le béton et l’acier, l’ossature légère est une possibilité additionnelle pouvant répondre aux besoins spécifiques d’un projet. L’économie de coût de construction et la réduction de l’empreinte carbone sont parmi les objectifs qui pourraient inciter les promoteurs immobiliers à envisager l’option bois. 

La multiplication des habitations de cinq et six étages en ossature de bois depuis l’érection de PAL6 a contribué à en faire connaître les particularités. Les références et détails de réalisation sont maintenant plus nombreux, réduisant ainsi le temps additionnel requis des premières conceptions. Les artisans de PAL6 ont constaté que l’érection d’un bâtiment de six étages nécessitait de la rigueur dans les assemblages, mais que l’ajout de détails constructifs – comme les tirants –, qui diffèrent des habitations de moins grande hauteur, demeure simple à réaliser. Cinq ans suivant la fin du chantier, aucune fissuration de matériaux ni aucun désordre lié au mouvement de la structure n’ont été observés. 

Puisque la qualité de la construction de bâtiments à ossature légère de moyenne hauteur repose sur une série de détails à contrôler, une communication et une coordination accrues entre tous les intervenants apparaissent incontournables. Une démarche de conception qui intègre en amont les fabricants de structures, le recours au BIM pour uniformiser les modèles numériques et faciliter la coordination entre disciplines et avec la production, une mise en œuvre consciencieuse et un contrôle qualité rigoureux au chantier sont parmi les recommandations de ceux qui ont relevé le défi de la construction de l’ossature légère de plus grande hauteur. 

À consulter

Pour en savoir plus sur l’expérience de Douglas Consultants sur la conception et la surveillance de chantier de PAL6 et les leçons apprises :

• Pointe-aux-Lièvres – Rapport de l’expérience (4.4 Mo), Douglas Consultants, Vivien Mollard, concepteur en structure, juillet 2017, 47 pages. (hyperlien vers le pdf) 

Pour des conseils techniques au sujet de la conception d’habitations d’ossature légère de plus grande hauteur à l’intention des architectes et ingénieurs :

• Guide technique sur la conception de bâtiments de 5 ou 6 étages à ossature légère en bois, volume 1 : Renseignements généraux, Cecobois, juin 2016, 101 pages.

Pour en savoir plus sur les habitations communautaires PAL6 : 

• L’ossature légère voit grand (Présentation générale)
• Ossature légère de bois : légère empreinte carbone? (Analyse du cycle de vie) 
• Une maquette numérique de logement abordable (Maquette du projet)

Pour toutes questions concernant le présent article, s’adresser à expertise.conseil@shq.gouv.qc.ca.