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Theses Year : 2022

Long time shear behavior caracterisation for cross laminated timber panels

Caractérisation du comportement différé en cisaillement pour les panneaux en bois lamellé croisé (CLT)

(1)
1
Charlotte Allemand
  • Function : Author
  • PersonId : 1219658
  • IdRef : 266452183

Abstract

This thesis focuses on the creep study of cross-laminated timber (CLT) panels, a material widely used in the construction of high-rise buildings. Due to the orthogonal stacking of the wood layers, the shear stiffness of the panels is composed of both the longitudinal and rolling shear stiffness. Furthermore, wood is a material subject to creep and this phenomenon must be investigate to correctly design timber buildings as it amplifies the short-term deflection. This thesis presents an experimental protocol to measure directly the shear stiffness and creep at a relevant scale for CLT panel.Two experimental campaigns are carried out in a climatic room regulated at constant temperatures and humidities corresponding to service class 1 (Eurocode 5). First, the study of the loading of five sandwich beams with the wooden core oriented in the radial direction allows to measure a rolling shear stiffness equal to 121±15 MPa. Relative creep is extrapolated by fitting a power law on the 8-month measured delayed displacements. A rolling shear creep coefficient is calculated at 50 years and is equal to 2.8±2. Then, six sandwich beams are loaded on the experimental set-up. The longitudinal shear modulus is measured equal to 460±108 MPa and the ratio between these moduli and wood density is consistent with the literature. The study of the deferred rotations over 181 days does not allow to conclude on the evolution of the longitudinal creep during the experiments. Thus, when fitting a power law on the deferred displacements, two assumptions are made. When the longitudinal creep is assumed to be zero, the coefficient of longitudinal shear creep estimated at 50 years is calculated to be equal to 1.70 ± 53 and in the opposite case, a value of 0.83±29 is found. We conclude that the creep in rolling shear is 1.5 to 3 times higher than that in longitudinal shear.In view of these results, the proposed creep coefficient in the next version of the Eurocode seems consistent and safe. However, we suggest to differentiate two creep coefficients in the construction standards for the class service 1. The definition of these two coefficients is compatible with the use of the shear analogy method and seems relevant for a better dimensioning of CLT panels.
Ce travail de thèse porte sur l'étude du fluage des panneaux de bois lamellé croisé (CLT), un matériau largement utilisé dans la construction de bâtiments de grande hauteur. En raison de l'empilement orthogonal des couches de bois, la raideur à l'effort tranchant des panneaux est composée à la fois de la raideur en cisaillement longitudinal et de celle en cisaillement roulant. De plus, le bois est un matériau sujet au fluage et ce phénomène doit être étudié afin de concevoir correctement les constructions en bois. Cette thèse présente un protocole expérimental permettant de mesurer directement la raideur en cisaillement et leur fluage à une échelle pertinente pour un panneau de CLT.Deux campagnes expérimentales sont menées sur un bâti de fluage dans une salle climatique régulée à des températures et humidités constantes correspondant à une classe de service 1 de l'Eurocode 5. Tout d'abord l'étude de la mise en charge de cinq poutres sandwichs ayant l'âme en bois orientée dans le sens radial permet de mesurer un module de raideur en cisaillement roulant égal à 121 ± 15 MPa. Le fluage relatif est extrapolé en ajustant une loi puissance sur les déplacements différés mesurés pendant 8 mois. Un coefficient de fluage en cisaillement roulant est calculé à 50 ans égal à 2.8 ± 2. Dans un second temps, six poutres sandwichs sont mises en charge sur le bâti de fluage. La mise en charge permet de mesurer un module de raideur en cisaillement longitudinal égal à 460±108 MPa et le rapport entre ces modules et la densité du bois est cohérente avec la littérature. L'étude des rotations différées sur 181 jours ne permet pas de conclure sur l'évolution du fluage longitudinal pendant les expériences réalisées. Ainsi, lors de l'ajustement d'une loi puissance sur les déplacements différés deux hypothèses sont faites. Lorsque le fluage longitudinal est supposé nul, le coefficient du fluage en cisaillement longitudinal estimé à 50 ans est calculé égal à 1.70 ± 53 et dans le cas contraire, une valeur de 0.83 ± 29 est trouvée. Ces valeurs permettent de conclure que le fluage en cisaillement roulant est 1.5 à 3 fois supérieur à celui en cisaillement longitudinal.Au regard de ces résultats, la proposition du coefficient de fluage proposé dans la prochaine version de l'Eurocode semble cohérente et sécuritaire. Nous proposons cependant de différencier deux coefficients de fluage dans les normes de construction en classe de service 1. La définition de ces deux coefficients est compatible avec l'utilisation de la méthode shear analogy et semble pertinente pour un meilleur dimensionnement des panneaux de CLT.
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Origin : Version validated by the jury (STAR)

Dates and versions

tel-03956507 , version 1 (25-01-2023)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03956507 , version 1

Cite

Charlotte Allemand. Caractérisation du comportement différé en cisaillement pour les panneaux en bois lamellé croisé (CLT). Mécanique des matériaux [physics.class-ph]. École des Ponts ParisTech, 2022. Français. ⟨NNT : 2022ENPC0017⟩. ⟨tel-03956507⟩
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