Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

Recent developments and innovations in wood science and manufacturing techniques, as well as environmental considerations, have contributed to the expansion of wooden constructions in the market. However, despite promising developments during the last decades, further expansion of the market share of wooden construction has been thwarted by problems at the level of acoustic insulation. Indeed, when compared to more conventional concrete constructions, the new wooden constructions are reputed to be vulnerable to noise; especially impact noise in the low-frequency range. One of the difficulties with the current standards used for the evaluation of the acoustic performance of wooden buildings is that these standards were originally developed for concrete buildings. Unfortunately, these standards do not include the most annoying low-frequency noises to which wooden structures are particularly vulnerable. As a result, even though these buildings conform to current building standards, the inhabitants in these dwellings complain about the noise coming from their neighbors. On the other hand, because of the different building techniques used, and the broad material properties of wood itself it can be difficult to achieve a high quality of acoustic insulation in wooden structures, especially when compared to concrete constructions. The research reported in this thesis aims at developing a low-frequency impact sound prediction model for this type of floor. Three research steps were needed to achieve this: first, the prediction of the force; second, the quantification of the uncertainties induced by the material properties of wood; third, the modelling of the dynamic behavior of actual samples of Cross Laminated Timber-concrete flooring. In the first step, the force generated by the ISO tapping machine was modelled by means of an indirect method that derived the force by the accelerations of the floor and the dynamic response of the floor instead of directly describing the force. Then, the tests were conducted to extract the dynamic information of the Cross Laminated Timber bare floor as well as the Cross Laminated Timber-concrete floor. The obtained experimental data are served as a reference to calibrate the model afterward. A stochastic approach was proposed to quantify the uncertainties induced by the material properties of wood and to automize the calibration procedure. Based on the developed Cross Laminated Timber model, different materials were integrated to the model to simulate the dynamic response of the floating floor. An initial investigation of the force generated by five hammers was carried out. The pressure radiated by the floating floor was simulated by integrating the force modelling method and the floating floor model. From the experimental phase, it can be concluded that the dynamic response of the structure is sensitive to the boundary conditions. In future experiment trials in order to successfully extract the useful dynamic information of the structure, the boundary conditions should be well defined. For the simulation perspective, it was found that the accuracy of the floor model can have an impact on the accuracy of the simulation of the force. Accurate material properties are one crucial prerequisite to have a more accurate floor model. From the simulation results, it can be seen that the material properties have a significant impact on the dynamic simulations. The use of more accurate material properties can lead to a more accurate result. To sum up, knowledge of the dynamic behavior of the floors is obtained through this project and different modelling methods were applied in order to provide a relatively accurate simulation result. This research has successfully moved us one step towards a reliable low-frequency range impact sound prediction model.

Avec le développement des sciences du bois et des techniques de construction, de plus en plus de bâtiments de grandes hauteurs, de longues portées se retrouvent dans le marché. Au cours des dernières années, la part de marché de la construction en bois n'a cessé d'augmenter. Contrairement à la renaissance de la construction en bois, le problème de l'isolation acoustique interpelle l'industrie. En général, par rapport à la construction lourde conventionnelle, comme les bâtiments en béton, les constructions en bois sont vulnérables au bruit, en particulier au bruit d'impact en basse fréquence. Différentes normes sont appliquées aux bâtiments en bois pour évaluer leurs performances acoustiques. Cependant, la norme ISO ne prend pas la considération le bruit en basse fréquence (en-dessous de 100 Hz). En conséquence, les occupants des bâtiments en bois peuvent se plaindre du bruit provenant de leurs voisins même si ces bâtiments respectent toutes les exigences de la réglementation. En revanche, en raison des différentes techniques de construction et de la grande variation des propriétés des matériaux à la base de bois, une haute qualité d'isolation acoustique devient difficile à atteindre par rapport aux constructions lourdes. Les recherches réalisées dans cette thèse visent à acquérir une connaissance du comportement vibro-acoustique d’un plancher Cross Laminated Timber-béton et à développer un modèle de prédiction des bruits d'impact à basse fréquence de ce plancher. Pour atteindre ces objectives, les recherches ont été conduites en trois étapes principales: la prediction de la force; la description des incertitudes introduites par les propriétés mécaniques du bois; la modélisation du comportement dynamique d’un plancher bois-béton. Dans un premier temps, la force générée par la machine à choc ISO a été modélisée d’une manière indirecte. Au lieu de décrire directement la force générée par la machine à choc, la force est déduite à partir des accélérations du plancher et de la réponse fréquentielle du plancher. Ensuite, des tests expérimentaux ont été effectués pour extraire les informations dynamiques du plancher en bois et du plancher bois-béton. Par la suite, une approche stochastique a été proposée pour quantifier les incertitudes induites par les propriétés des matériaux du bois et pour automatiser la procédure de calibration. Basé sur le modèle du Cross Laminated Timber établi, différents matériaux ont été ajoutés au modèle pour simuler la réponse dynamique du plancher flottant. Une première investigation sur la force générée par cinq marteaux a été réalisée. Le niveau de pression acoustique rayonné par le plancher flottant a été simulée en intégrant la méthode de modélisation de la force et le modèle de plancher flottant. À partir des résultats de la simulation, il a été constaté que les propriétés du matériau ont un impact significatif sur les simulations dynamiques. Les propriétés plus précises du matériau peuvent conduire à un résultat plus précis. Pour résumer, la connaissance sur la réponse dynamique du plancher a été obtenue par ce projet. De plus, des différentes méthodes pour modéliser le comportement dynamique du plancher sont appliquées afin d’obtenir des résultats précis. La connaissance apportée par cette recherche est un pas vers un modèle fiable de prédiction du bruit d'impact en basse fréquence.