Approche multiéchelle du comportement mécanique du bois dans le plan transverse
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
[The elastic behavior of softwoods presents a huge anisotropy in the transverse plane. It is moreover very heterogeneous at some scales. Transverse mechanical properties also seem to be very different between species or from a piece of wood to another. Here is proposed an experimental and theoretical study of this behavior. To explain, it, at least the cellular scale must be observed. Many shapes of cells exist and an adaptative goemetric model of the cells has been constructed. An analytical calculus then gives the mechanical properties associated to this geometric model. Then the behavior of wood at upper scales is deduced from the morphology of cells in the annual rings. The anisotropy and the heterogeneity of spruce are quantified. Experimental data are compared to the theoretical results. The great variability of cellular shapes locally leads to a very important diversity in their stiffness, from 1 to 10 for some types of loads. Macroscopoic orthotropy come from the microscopic anisotropy but also depends on the regular assembly of cells in annual rings. The behavior of annual rings is less random than cell properties, paradoxically thanks to the great cellular variability. And when the transverse behavior of macroscopic wood pieces is measured, its variability decreases with the number of annual rings in the section, and reach only some ten percents. Nevertheless, the mean transverse elastic behavior of structure pieces is quite variable. It largely depends on the orientation and curvature of the annual rings. And the transverse stiffness can vary from 1 to 5 from one beam to another]
Abstract FR:
Le comportement élastique transverse des résineux a la particularité d'être fortement anisotrope. Il est de plus très hétérogène à certaines échelles. Les propriétés transverses sont enfin fortement variables d'une essence et d'une pièce de bois à l'autre. On propose ici une étude expérimentale et théorique de ce comportement. Ainsi, on descend à l'échelle cellulaire qui fait apparaître une grande diversité des formes. On construit alors un modèle géométrique de cellule capable de représenter la plupart des morphologies, et dont le comportement mécanique s'obtient par un calcul analytique. Dès lors, on explique et on quantifie les caractéristiques des résineux aux échelles supérieures, notamment l'orthotropie à toutes les échelles et l'hétérogénéité dans les cernes. Des comparaisons expérimentales appuient les résultats. La grande variabilité morphologique des cellules s'accompagne logiquement d'une très grande dispersion des raideurs microscopiques: de 1 à 10 pour certaines sollicitations. L'orthotropie macroscopique s'explique ensuite par l'agencement régulier des cellules dans le cerne. Paradoxalement, à cette échelle, dite méso, la grande disparité des cellules réduit la variabilité comportementale. Le passage aux éléments de construction voit la dispersion des modules élastiques moyens diminuer par l'association de nombreux cernes, pour atteindre quelques dizaines de pourcents seulement. Cependant le comportement élastique transverse des pièces de structure reste très variable. Il dépend fortement de l'orientation des cernes dans les sections et peut varier d'un facteur 5 d'une poutre à l'autre.