Département des matériaux

Etude expérimentale des couplages mécanosorptifs dans le bois soumis à variations hygrométriques contrôlées sous chargements de longue durée

Pittet, Valérie ; Huet, Christian (Dir.)

Thèse Ecole polytechnique fédérale de Lausanne EPFL : 1996 ; no 1526.

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    Summary
    Subjected to moisture variations under a long-time mechanical loading, wood shows a delayed behaviour, where the total response is not the simple accumulation of those corresponding to the mechanical loading and the zero-load swelling-shrinkage deformation. Indeed, one can observe supplementary couplings phenomena between the two types of loading. These phenomena are regrouped under the name of mechanosorptive effects. The aim of the proposal thesis was to realize a very meticulous experimental study that would bring new elements for trying to explain the observed mechanosorptive effects on the wood, and particularly about the structural level where the principal mechanisms would take place. The peculiarity of the study is related to the choice of the specimens with small thicknesses. A special experimental apparatus was developed to conduct mechanical tests on small specimens under constant and variable climatic conditions. The first part of this apparatus is a mechanical press, equipped with a command program permitting to set complex sorts of loading and unloading programs in force or displacement control. The second part is a hygrothermal cell, fixed on the clamps of the press, which was realized to control the climatic conditions around the specimen. The regulation of the temperature is controlled by a thermostatic bath. Creep-recovery tests in tension with cycles of humidity variations were realized. A first series of tests was done on initially dry and initially moist specimens. It permitted us to observe the general characteristics of the hygro-mechanical wood behaviour. On the next step, several groups of creep-recovery tests were done for the same stress level. The only varying parameter was the load-duration. The results obtained shown that the load-duration has no significant influence on the mechanosorptive deformation. Influence of both humidity cycles and loading-unloading cycles and of humidity cycles and step-wise unloading on mechanosorptive deformation has been studied. The results obtained let us suppose that the mechanosorptive deformation could be decomposed into two parts, related probably to two different mechanisms. Relaxation-blotting out tests under variable climate has been performed on initially dry and initially moist specimens, thanks to the experimental apparatus which was developed. A software was developed for the simulation of linear and non-linear elasto-visco-plastic behaviour of materials. It is based on the interna1 variables method. Its application to the behaviour of wood, under constant climate, is illustrated on an example based on a relaxation-blotting out test.
    Résumé
    Lorsque le bois est soumis à variations hygrométriques sous chargement mécanique de longue durée il présente un comportement différé dont la réponse totale n'est pas le simple cumul de celle engendrée indépendamment par l'application d'une sollicitation mécanique ou hydrique. Des effets supplémentaires de couplage entre les deux sollicitations sont, en effet, mis en évidence. Ils sont regroupés sous le nom d'effets mécanosorptifs. Le but de ce travail de thèse a été de réaliser une campagne expérimentale minutieuse pour tenter d'apporter des éléments nouveaux à l'explication des effets mécanosorptifs observés, particulièrement en ce qui concerne le niveau de la structure où se dérouleraient les principaux mécanismes mis en jeu. La particularité de l'étude est liée à l'utilisation d'éprouvettes de faible épaisseur. Un dispositif expérimental spécifique a été mis au point. Il comporte, d'une part, une presse de traction-compression pilotée par un logiciel permettant d'imposer des programmes de sollicitation mécanique complexes en contraintes ou en déformations. D'autre part, une cellule hygrothermique, fixée sur les tiges des mors de la presse, a été conçue pour permettre un contrôle des conditions climatiques imposées à l'éprouvette. La régulation de la température dans la cellule est assurée par un bain thermostatique. Des essais de fluage-recouvrance en traction ont été réalisés avec cycles de variations hydriques. Une première série d'essais, effectuée sur éprouvette initialement sèche et initialement humide a permis d'observer les caractéristiques générales du comportement hygromécanique du bois. Plusieurs groupes d'essais de fluage-recouvrance ont été ensuite réalisés pour un même niveau de contrainte. Seul variait le délai de mise en route du cyclage hydrique, et donc le temps pendant lequel la contrainte était maintenue à une valeur constante. Ils ont permis de montrer que ce temps n'avait pas d'influence significative sur la déformation mécanosorptive. Des cycles de variations hydriques sous cycles de charge-décharge puis sous charge suivie de décharges partielles ont été réalisés. Les résultats obtenus nous ont permis de supposer que la déformation induite par le couplage mécanosorptif peut être décomposée en deux parties, liées à deux différents mécanismes. Des essais de relaxation-effacement sous climat variable ont également pu être effectués sur éprouvettes initialement sèche et initialement humide, grâce au dispositif expérimental développé. Un logiciel de simulation du comportement élasto-visco-plastique linéaire et non-linéaire de matériaux, dans le cas du climat constant, a été développé en utilisant la méthode des variables internes. Son application au comportement du bois est illustrée à partir de l'exemple d'un essai de relaxation-effacement.