Dans le contexte environnemental actuel, l’utilisation du bois lamellé-collé (LC) comme alternative aux matériaux de construction conventionnels est envisagée afin de réduire l’empreinte carbone de certains ouvrages d’arts. Cependant, l’effet des conditions climatiques sur ce matériau pour une utilisation en extérieur reste peu connu et les techniques actuelles de suivi des ouvrages sont limitées à des contrôles visuels qui ne permettent pas de mettre en place des opérations de maintenance précoces. Les principales pathologies rencontrées sur les ouvrages en bois LC sont liées à des conditions d’humidité trop élevées et/ou à une succession de cycles d’humidification/séchage (H/S) et aux déformations qui en résultent. Ces différents constats démontrent la nécessité de proposer une solution de suivi d’indicateurs de durabilité tels que l’humidité et les déformations dans le bois LC. Ce travail porte donc sur le développement et l’utilisation d’un système de suivi des paramètres de durabilité intégré au matériau et sur l’évaluation de l’évolution des propriétés mécaniques en fonction de la durée d’exposition en extérieur. Pour ce faire 198 éprouvettes réparties en trois séries ont été fabriquées. La première série d’éprouvettes est exposée aux intempéries. La seconde est soumise à la fois aux intempéries et à un chargement constant afin d’étudier l’effet du couplage des contraintes hydriques et mécaniques. La troisième série est stockée en intérieur en conditions de température et d’humidité constante pour référence. 6 éprouvettes de chaque série ont été équipées du système de suivi. Ainsi, les capteurs ont été positionnés dans l’épaisseur des joints de colle : des capteurs résistifs de type patch pour l’humidité et des jauges extensométriques pour les déformations. Les éprouvettes sont exposées en extérieur depuis le mois d’août 2021 pour une durée de 5 ans. Les résultats des deux premières années de suivi ont démontré la fiabilité de ce système et ont permis d’identifier des cycles de retrait/gonflements corrélés aux cycles H/S et aux conditions d’exposition. L’analyse des déformations de part et d’autre du joint de colle montre un accroissement des déformations différentielles lié à la durée d’exposition en extérieur, phénomène lié à la dégradation des joints collés. En parallèle du suivi des paramètres de durabilité, l’évolution des propriétés mécaniques du bois LC au cours du temps consiste en des essais mécaniques de cisaillement sur le joint de colle et de flexion 4 points réalisés tous les 6 mois. Les essais en cisaillement montrent une diminution de l’ordre de 25% de la résistance des joints de colle dès 6 mois d’exposition. Localement des joints issus d’éprouvettes vieillies présentent une résistance inférieure à 50% par rapport aux joints neufs. Les essais de flexion indiquent une diminution de la résistance en flexion de l’ordre de 10% dès 6 mois de vieillissement mais celle-ci semble stable sur les essais réalisés pendant les deux premières années d’essais. Néanmoins, il semblerait que la perte de propriétés mesurée en cisaillement puisse être en adéquation avec l’apparition d’un nouveau mode de rupture lié au cisaillement du joint de colle au cours du vieillissement. Ce travail propose également une corrélation entre les résultats obtenus sous vieillissement naturel et ceux obtenus lors de précédents travaux sous vieillissement accéléré. Une évolution similaire entre les 24 mois d’exposition en extérieur et les premiers cycles accélérés est constatée. Cependant, avant de pouvoir proposer un modèle d’endommagement satisfaisant, des essais à plus long terme en extérieur doivent être envisagés. A l’avenir ces essais devraient permettre d’évaluer la représentativité des essais accélérés pour évaluer l’endommagement en conditions naturelles du bois LC. Il sera envisageable à terme de proposer aux gestionnaires d’ouvrages une estimation en temps réel de l’état mécanique de leurs structures en bois LC. |
In the current environmental context, the use of glued laminated timber (glulam) as an alternative to conventional construction materials could reduce the carbon footprint of structures. However, little is known about the long-term effect of climatic conditions on this material when used outdoors. In addition, current techniques for monitoring and diagnosing structures are mainly limited to periodic visual inspections, which means that early maintenance operations cannot be carried out. The main pathologies encountered in glulam structures are linked to excessively high humidity conditions or a succession of wetting/drying (W/D) cycles and the resulting deformations. These various observations highlight the need for a monitoring of durability indicators such as humidity and deformation in glulam. This work therefore focuses on the development and use of a monitoring solution embedded into the material and on the evaluation of aging effect on mechanical properties of glulam. To achieve this, 198 test specimens were manufactured and dispatched in three series. The first series of specimens was exposed to the weather. The second was subjected to both weathering and constant loading, in order to study the effect of coupling hydric and mechanical stresses. The third series is stored indoors under constant temperature and humidity conditions for reference. 6 specimens from each series were fitted with the monitoring system. Sensors were embedded within the thickness of the glue joints: patch-type resistive sensors for humidity and strain gauges for deformation. The specimens have been exposed outdoors since August 2021 for a period of 5 years. The results of the first two years of monitoring have shown the reliability of this system, and identified shrinkage/swelling cycles correlated with W/D cycles and ageing conditions, which may be the cause of material degradation. These cycles depend on three main phenomena: variations in humidity between day and night, variations linked to weather conditions and seasonal variations. Analysis of the deformations on either side of the adhesive joint revealed an increase in differential deformations related to the duration of outside exposure in outdoor conditions, a phenomenon linked to the degradation of glue joints. The mechanical evaluation consists of shear tests on the glue joint and 4-point bending tests carried out every 6 months. The shear tests show a strength reduction of around 25% for the glue joints after 6 months exposure, with remarkable heterogeneity in properties depending on the position of the glue joint in the test specimen. Aged joints shown a 50% strength loss compared to reference joints. The flexural tests showed a strength reduction of around 10% after 6 months of ageing, but this appeared to be stable over the tests carried out during the first two years of testing. Nonetheless, it would appear that the loss of properties measured in shear may be consistent with the appearance of a new mode of failure linked to the shearing of the glue joint during ageing. Finally, this work aimed to propose a correlation between the results obtained under natural ageing and those obtained during previous work under accelerated ageing. These comparisons show a similar evolution between the 24 months of outdoor exposure and the first accelerated cycles. However, before a satisfactory damage model can be proposed, longer-term outdoor tests need to be considered. In the future, these tests should allow to assess the representativeness of accelerated tests for glulam degradation under natural conditions. In addition, it will be possible to establish a link between the durability parameters and the loss of properties of the material, in order to offer structure managers a real-time estimate of the mechanical state of their structure. |