New Perspectives for LVL Manufacturing from Wood of Heterogeneous Quality—Part 2: Modeling and Manufacturing of Variable Stiffness Beams

This paper presents a new strategy in the use of wood of heterogeneous quality for composing LVL products. The idea is to consider veneers representative of the resource variability and retain local stiffness information to control panel manufacturing fully. The placement of veneers is also no longer random as in the first part of this group of papers but optimized for the quality of veneers according to the requirement of bending stresses along the beam. In a four-point bending test arrangement, this means the high-quality veneer is concentrated in the center of the beam in the area between the loading points where the bending moments are the most important, and the low quality is located at the extremities. This initiates the creation of variable stiffness beams. This is driven by an algorithm developed and tested on representative veneer samples from the resource. Four LVL panels were manufactured by positioning the veneers in the same positions as in an analytical calculation model, which allowed the calculation of beam mechanical properties in four-point bending. The proposed optimization of LVL manufacturing from variable quality veneers should help for more efficient usage of forest resources. This optimization strategy showed notable gains for modeled and experimental mechanical properties, whether in terms of stiffness or strength. The analytical calculation of the local modulus of elasticity from modelized beams was satisfactory compared to the tests of the manufactured beams test results, allowing the reliability of the model for this property to be confirmed

An insight into mechanical properties of heartwood and sapwood of large French Douglas-fir LVL

The French resource of large diameter Douglas fir is currently still growing, while these large diameter trees are complicated to process efficiently by the sawmilling industry. The rotary peeling process appeared to be particularly adapted as an alternative to the usual sawing. This primary processing method produces veneers used to make a wood engineered product material called Laminated Veneer Lumber (LVL). The manufacturing process of LVL enables the distribution of the resource defects, allowing for increased mechanical behaviour compared to the solid wood from which it comes from. The main objective of this study is to provide an insight into the principal Douglas-fir heartwood LVL mechanical properties such as longitudinal and shear moduli of elasticity, bending, shear and compressive strengths. Up to now, there was no study on LVL derived from this resource. This study focuses on heartwood because of its very interesting natural durability properties for constructive outdoor applications. Moreover, a comparison with structural timber properties and a comparable industrial engineering product, made of Norway spruce and called Kerto S was also achieved to place the material in terms of mechanical performance among the market. Globally, this Douglas-fir heartwood LVL showed high compressive and shear properties. Even though the bending properties were significantly lower than data from Douglas-fir LVL of the literature, they seemed appropriate for structural applications. A larger experimental campaign fully representative of the industrial process and dealing with larger samples will be needed to finally conclude on the characteristic values to be used in structural design

New Perspectives for LVL Manufacturing from Wood of Heterogeneous Quality—Part. 1: Veneer Mechanical Grading Based on Online Local Wood Fiber Orientation Measurement

The grading of wood veneers according to their true mechanical potential is an important issue in the peeling industry. Unlike in the sawmilling industry, this activity does not currently estimate the local properties of production. The potential of the tracheid effect, which enables local fiber orientation measurement, has been widely documented for sawn products. A measuring instrument exploiting this technology and implemented on a peeling line was developed, enabling us to obtain the fiber orientation locally which, together with global density, allowed us to model the local elastic properties of each veneer. A sorting method using this data was developed and is presented here. It was applied to 286 veneers from several logs of French Douglas fir, and was compared to a widely used sorting method based on veneer appearance defects. The effectiveness of both grading approaches was quantified according to mechanical criteria. This study shows that the sorting method used (based on local fiber orientation and average density) allows for better theorical quality discrimination according to the mechanical potential. This article is the first in a series, with the overall aim of enhancing the use of heterogeneous wood veneers in the manufacturing of maximized-performance LVL by veneer grading and optimized positioning as well as material mechanical property modelization

BENDING, SHEARING, AND COMPRESSION PROPERTIES OF FAST GROWING FRENCH DOUGLAS FIR LVL

The French resource of large diameter Douglas fir is currently keeping growing, while these large diameter trees are complicated to process efficiently by the sawmilling industry. The rotary peeling process appeared to be particularly adapted as an alternative to the usual sawing. This primary processing method produces veneers used to make a wood engineering product material called Laminated Veneer Lumber (LVL). The manufacturing process of LVL enables the distribution of the resource defects, allowing for increased mechanical behaviour compared to the solid wood from which it comes from. The main objective of this study is to present the principal Douglas-fir heartwood LVL mechanical properties such as longitudinal and shear moduli of elasticity, bending, shear and compressive strengths. Up to now, there were no study on LVL derived from this resource. This study focuses on heartwood because of its very interesting natural durability properties for constructive outdoor applications. Moreover, a comparison with structural timber properties was also achieved to place the material in terms of mechanical performance among the market. Globally, this LVL material showed high compressive and shear properties. Nevertheless, even though the bending properties were significantly lower than data from Douglas-fir LVL literature, they are still quite acceptable for structural applications

Propriétés mécaniques en flexion de LVL de gros douglas

Selon un rapport rendu au Sénat le 26 juin 2019, le vieillissement du patrimoine des ponts du réseau routier est un problème à traiter en France. Le remplacement progressif d’environ 10% de ces ouvrages est à envisager dès à présent. Une des solutions proposées à la région Bourgogne-Franche-Comté est l’élaboration de ponts mixtes bois béton. Efficaces, comparativement plus légers, rapides de mise en œuvre, plus écologiques et économiques, ils permettent par ailleurs la valorisation d’essences locales dans des qualités relativement basses. Cela est rendu possible par le choix d’un procédé de première transformation, le déroulage, permettant la composition d’un matériau multiplis composite appelé lamibois, au comportement mécanique augmenté par rapport au bois massif dont il est issu. La thèse « Développement de produits lamellés issus du déroulage de douglas pour des ponts et autres solutions constructives mixtes bois-béton collés », effectuée au LaBoMaP de Cluny, vise à optimiser ce matériau dans la conception des poutres de tablier. Cela passe notamment par une répartition optimisée dans tout le matériau des défauts tels que la nodosité et la variation de pentes de fils. Cependant, avant toute étape d’optimisation, il est nécessaire d’étudier le comportement mécanique du LVL sans plis croisés constitué à partir d’une ressource représentative du douglas français (100 m3 de bois transformés issus de 3 communes de Corrèze : Larfeuil, Ambrugeat et Neuvic d’Ussel). Il n’y avait jusqu’alors pas d’étude d’ampleur sur le LVL issu de cette ressource. Certains résultats ont été présentés aux assises France Douglas. Ce court article présente les premiers résultats d’essais de flexion quatre points sur chant de poutres de duramen de douglas selon deux configurations géométriques. Seule la configuration sur chant est testée car elle est la configuration préférée dans son intégration par poutre à une structure pont

Ponts mixtes bois béton collés: Etude de l’interface sous chargement thermo-hygromécanique

Dans ce papier sont présentés les premiers résultats d’une étude globale visant à consolider, puis proposer des règles de dimensionnement de ponts mixtes bois / béton collés. La liaison collée est explorée de manière expérimentale avec des essais de cisaillement utilisant du lamellé collé et du LVL. Afin d’anticiper le vieillissement de cette liaison, des essais ont été réalisés à différentes humidités. Dans une deuxième partie, le développement d’outils de simulation par éléments finis est présenté. La modélisation thermo-hydrique est appliquée sur des temps longs à des sections correspondant aux nervures bois d’un pont. Les phénomènes mécaniques à prendre en compte sont listés.Conseil Régional Bourgogne Franche-Comt

New Perspectives for LVL Manufacturing from Wood of Heterogeneous Quality—Part 2: Modeling and Manufacturing of Variable Stiffness Beams

This paper presents a new strategy in the use of wood of heterogeneous quality for composing LVL products. The idea is to consider veneers representative of the resource variability and retain local stiffness information to control panel manufacturing fully. The placement of veneers is also no longer random as in the first part of this group of papers but optimized for the quality of veneers according to the requirement of bending stresses along the beam. In a four-point bending test arrangement, this means the high-quality veneer is concentrated in the center of the beam in the area between the loading points where the bending moments are the most important, and the low quality is located at the extremities. This initiates the creation of variable stiffness beams. This is driven by an algorithm developed and tested on representative veneer samples from the resource. Four LVL panels were manufactured by positioning the veneers in the same positions as in an analytical calculation model, which allowed the calculation of beam mechanical properties in four-point bending. The proposed optimization of LVL manufacturing from variable quality veneers should help for more efficient usage of forest resources. This optimization strategy showed notable gains for modeled and experimental mechanical properties, whether in terms of stiffness or strength. The analytical calculation of the local modulus of elasticity from modelized beams was satisfactory compared to the tests of the manufactured beams test results, allowing the reliability of the model for this property to be confirmed

Développement de produits LVL de douglas aux propriétés mécaniques optimisées par l’exploitation de la mesure en ligne de l’orientation des fibres lors du déroulage

Abstract: The grading of wood veneers according to their true mechanical potential is an importantissue in the peeling industry. Unlike in the sawmilling industry, this activity does not currentlyestimate the local properties of production. The potential of the tracheid effect, which enables localfiber orientation measurement, has been widely documented for sawn products. A measuring instrumentexploiting this technology and implemented on a peeling line was developed, enabling usto obtain the fiber orientation locally which, together with global density, allowed us to model thelocal elastic properties of each veneer. A sorting method using this data was developed and is presentedhere. It was applied to 286 veneers from several logs of French Douglas fir, and was comparedto a widely used sorting method based on veneer appearance defects. The effectiveness ofboth grading approaches was quantified according to mechanical criteria. This study shows that thesorting method used (based on local fiber orientation and average density) allows for better theoricalquality discrimination according to the mechanical potential. This article is the first in a series,with the overall aim of enhancing the use of heterogeneous wood veneers in the manufacturing ofmaximized‐performance LVL by veneer grading and optimized positioning as well as material mechanicalproperty modelization.Abstract: This paper presents a new strategy in the use of wood of heterogeneous quality forcomposing LVL products. The idea is to consider veneers representative of the resource variabilityand retain local stiffness information to control panel manufacturing fully. The placement of veneersis also no longer random as in the first part of this group of papers but optimized for the quality ofveneers according to the requirement of bending stresses along the beam. In a four-point bending testarrangement, this means the high-quality veneer is concentrated in the center of the beam in the areabetween the loading points where the bending moments are the most important, and the low qualityis located at the extremities. This initiates the creation of variable stiffness beams. This is driven by analgorithm developed and tested on representative veneer samples from the resource. Four LVL panelswere manufactured by positioning the veneers in the same positions as in an analytical calculationmodel, which allowed the calculation of beam mechanical properties in four-point bending. Theproposed optimization of LVL manufacturing from variable quality veneers should help for moreefficient usage of forest resources. This optimization strategy showed notable gains for modeledand experimental mechanical properties, whether in terms of stiffness or strength. The analyticalcalculation of the local modulus of elasticity from modelized beams was satisfactory compared to thetests of the manufactured beams test results, allowing the reliability of the model for this property tobe confirmed.La considération du bois comme matériau de construction est une thématique plus que d’actualité dans un contexte incontournable de publication du 6e rapport d’évaluation du GIEC [1]. Le bois est un matériau organique, dont le processus de captage du CO2 atmosphérique nécessaire à son accroissement lui permet un calcul de bilan carbone très à son avantage lors de son utilisation comparé autres matériaux usuels de construction type acier ou béton. Il est par ailleurs moins dense, amenant à des résistances spécifiques plus importantes que les 2 matériaux, et réduisant ainsi l’énergie consommée lors de son transport. Par ailleurs, son extraction de son milieu naturel (sa récolte) et sa transformation, lorsqu’il est local, sont aussi plus simples et moins énergivores que pour ces deux matériaux.Si la construction bois continue de progresser lentement en terme de part de marché, la question de son approvisionnement doit continuellement se poser. La part de bois français utilisée est de l’ordre de 50 à 60 % selon l’Enquête nationale de la construction bois en 2018 [2]. L’évolution de la demande des clients ayant la volonté de privilégier cette provenance est par ailleurs encourageante. Limiter la quantité d’énergie grise produite par un raccourcissement du circuit d’approvisionnement du matériau bois constitue un enjeu économique et environnemental. La valorisation du bois local dans le secteur de la construction s’inscrit donc dans cette dynamique par une diminution des distances de transport de la matière première mais aussi dans un cycle vertueux de maintien de l’activité dans des zones souvent rurales.Le douglas est une essence bien présente sur le territoire français, favorisée par 2 grandes vagues de reboisement. La seconde, initiée à partir des années 1970 a fait naître un très grand volume sur pieds devenu mature, ayant atteint des diamètres leur valant la dénomination « gros bois » voir « très gros bois ». Le douglas possède de bonnes propriétés mécaniques et un duramen naturellement durable (Classe 3), ce qui lui permet d’être assez couramment utilisé dans la construction en France par des éléments structurels massifs sans traitement additionnel typiquement pour les éléments de charpente. Cependant, la croissance bien avancée des gros bois s’accompagne d’inconvénients morphologiques rendant leur transformation dans les scieries délicate et amoindri ainsi leur rentabilité. Le déroulage du douglas, essence parmi les plus anciennement transformée par ce procédé aux Etats-Unis, semblent un bon moyen de valoriser ces bois. Pourtant, il n’existe à ce jour aucun site de déroulage de douglas en France ou en Europe. Les raisons ne sont pas technologiques liées à une différence de propriétés supposées du douglas d’un côté ou de l’autre de l’Atlantique mais plutôt historique et économique. D’après, les travaux menées par Rémy Frayssinhes [3] au LaBoMaP, les paramètres recommandées pour dérouler le douglas Français (géométrie des outils, température d’étuvage, paramètres de coupe) sont comparables à ceux couramment utilisés par les dérouleurs nord-américains pour peu que leurs sylvicultures ait été comparables. Cette thèse s’inscrit en aval des questions scientifiques liées à la transformation et se focalise sur l’emploi des placages issus de gros bois de douglas dans un matériau composite lamellaire : le LVL (Laminated Veneer Lumber) ou lamibois en français

Development of Douglas fir LVL products with optimized mechanical properties by exploiting online measurement of fiber orientation during rotary peeling process

La considération du bois comme matériau de construction est une thématique plus que d’actualité dans un contexte incontournable de publication du 6e rapport d’évaluation du GIEC [1]. Le bois est un matériau organique, dont le processus de captage du CO2 atmosphérique nécessaire à son accroissement lui permet un calcul de bilan carbone très à son avantage lors de son utilisation comparé autres matériaux usuels de construction type acier ou béton. Il est par ailleurs moins dense, amenant à des résistances spécifiques plus importantes que les 2 matériaux, et réduisant ainsi l’énergie consommée lors de son transport. Par ailleurs, son extraction de son milieu naturel (sa récolte) et sa transformation, lorsqu’il est local, sont aussi plus simples et moins énergivores que pour ces deux matériaux.Si la construction bois continue de progresser lentement en terme de part de marché, la question de son approvisionnement doit continuellement se poser. La part de bois français utilisée est de l’ordre de 50 à 60 % selon l’Enquête nationale de la construction bois en 2018 [2]. L’évolution de la demande des clients ayant la volonté de privilégier cette provenance est par ailleurs encourageante. Limiter la quantité d’énergie grise produite par un raccourcissement du circuit d’approvisionnement du matériau bois constitue un enjeu économique et environnemental. La valorisation du bois local dans le secteur de la construction s’inscrit donc dans cette dynamique par une diminution des distances de transport de la matière première mais aussi dans un cycle vertueux de maintien de l’activité dans des zones souvent rurales.Le douglas est une essence bien présente sur le territoire français, favorisée par 2 grandes vagues de reboisement. La seconde, initiée à partir des années 1970 a fait naître un très grand volume sur pieds devenu mature, ayant atteint des diamètres leur valant la dénomination « gros bois » voir « très gros bois ». Le douglas possède de bonnes propriétés mécaniques et un duramen naturellement durable (Classe 3), ce qui lui permet d’être assez couramment utilisé dans la construction en France par des éléments structurels massifs sans traitement additionnel typiquement pour les éléments de charpente. Cependant, la croissance bien avancée des gros bois s’accompagne d’inconvénients morphologiques rendant leur transformation dans les scieries délicate et amoindri ainsi leur rentabilité. Le déroulage du douglas, essence parmi les plus anciennement transformée par ce procédé aux Etats-Unis, semblent un bon moyen de valoriser ces bois. Pourtant, il n’existe à ce jour aucun site de déroulage de douglas en France ou en Europe. Les raisons ne sont pas technologiques liées à une différence de propriétés supposées du douglas d’un côté ou de l’autre de l’Atlantique mais plutôt historique et économique. D’après, les travaux menées par Rémy Frayssinhes [3] au LaBoMaP, les paramètres recommandées pour dérouler le douglas Français (géométrie des outils, température d’étuvage, paramètres de coupe) sont comparables à ceux couramment utilisés par les dérouleurs nord-américains pour peu que leurs sylvicultures ait été comparables. Cette thèse s’inscrit en aval des questions scientifiques liées à la transformation et se focalise sur l’emploi des placages issus de gros bois de douglas dans un matériau composite lamellaire : le LVL (Laminated Veneer Lumber) ou lamibois en français.Abstract: The grading of wood veneers according to their true mechanical potential is an importantissue in the peeling industry. Unlike in the sawmilling industry, this activity does not currentlyestimate the local properties of production. The potential of the tracheid effect, which enables localfiber orientation measurement, has been widely documented for sawn products. A measuring instrumentexploiting this technology and implemented on a peeling line was developed, enabling usto obtain the fiber orientation locally which, together with global density, allowed us to model thelocal elastic properties of each veneer. A sorting method using this data was developed and is presentedhere. It was applied to 286 veneers from several logs of French Douglas fir, and was comparedto a widely used sorting method based on veneer appearance defects. The effectiveness ofboth grading approaches was quantified according to mechanical criteria. This study shows that thesorting method used (based on local fiber orientation and average density) allows for better theoricalquality discrimination according to the mechanical potential. This article is the first in a series,with the overall aim of enhancing the use of heterogeneous wood veneers in the manufacturing ofmaximized‐performance LVL by veneer grading and optimized positioning as well as material mechanicalproperty modelization.Abstract: This paper presents a new strategy in the use of wood of heterogeneous quality forcomposing LVL products. The idea is to consider veneers representative of the resource variabilityand retain local stiffness information to control panel manufacturing fully. The placement of veneersis also no longer random as in the first part of this group of papers but optimized for the quality ofveneers according to the requirement of bending stresses along the beam. In a four-point bending testarrangement, this means the high-quality veneer is concentrated in the center of the beam in the areabetween the loading points where the bending moments are the most important, and the low qualityis located at the extremities. This initiates the creation of variable stiffness beams. This is driven by analgorithm developed and tested on representative veneer samples from the resource. Four LVL panelswere manufactured by positioning the veneers in the same positions as in an analytical calculationmodel, which allowed the calculation of beam mechanical properties in four-point bending. Theproposed optimization of LVL manufacturing from variable quality veneers should help for moreefficient usage of forest resources. This optimization strategy showed notable gains for modeledand experimental mechanical properties, whether in terms of stiffness or strength. The analyticalcalculation of the local modulus of elasticity from modelized beams was satisfactory compared to thetests of the manufactured beams test results, allowing the reliability of the model for this property tobe confirmed

Développement de produits LVL de douglas aux propriétés mécaniques optimisées par l’exploitation de la mesure en ligne de l’orientation des fibres lors du déroulage

Abstract: The grading of wood veneers according to their true mechanical potential is an importantissue in the peeling industry. Unlike in the sawmilling industry, this activity does not currentlyestimate the local properties of production. The potential of the tracheid effect, which enables localfiber orientation measurement, has been widely documented for sawn products. A measuring instrumentexploiting this technology and implemented on a peeling line was developed, enabling usto obtain the fiber orientation locally which, together with global density, allowed us to model thelocal elastic properties of each veneer. A sorting method using this data was developed and is presentedhere. It was applied to 286 veneers from several logs of French Douglas fir, and was comparedto a widely used sorting method based on veneer appearance defects. The effectiveness ofboth grading approaches was quantified according to mechanical criteria. This study shows that thesorting method used (based on local fiber orientation and average density) allows for better theoricalquality discrimination according to the mechanical potential. This article is the first in a series,with the overall aim of enhancing the use of heterogeneous wood veneers in the manufacturing ofmaximized‐performance LVL by veneer grading and optimized positioning as well as material mechanicalproperty modelization.Abstract: This paper presents a new strategy in the use of wood of heterogeneous quality forcomposing LVL products. The idea is to consider veneers representative of the resource variabilityand retain local stiffness information to control panel manufacturing fully. The placement of veneersis also no longer random as in the first part of this group of papers but optimized for the quality ofveneers according to the requirement of bending stresses along the beam. In a four-point bending testarrangement, this means the high-quality veneer is concentrated in the center of the beam in the areabetween the loading points where the bending moments are the most important, and the low qualityis located at the extremities. This initiates the creation of variable stiffness beams. This is driven by analgorithm developed and tested on representative veneer samples from the resource. Four LVL panelswere manufactured by positioning the veneers in the same positions as in an analytical calculationmodel, which allowed the calculation of beam mechanical properties in four-point bending. Theproposed optimization of LVL manufacturing from variable quality veneers should help for moreefficient usage of forest resources. This optimization strategy showed notable gains for modeledand experimental mechanical properties, whether in terms of stiffness or strength. The analyticalcalculation of the local modulus of elasticity from modelized beams was satisfactory compared to thetests of the manufactured beams test results, allowing the reliability of the model for this property tobe confirmed.La considération du bois comme matériau de construction est une thématique plus que d’actualité dans un contexte incontournable de publication du 6e rapport d’évaluation du GIEC [1]. Le bois est un matériau organique, dont le processus de captage du CO2 atmosphérique nécessaire à son accroissement lui permet un calcul de bilan carbone très à son avantage lors de son utilisation comparé autres matériaux usuels de construction type acier ou béton. Il est par ailleurs moins dense, amenant à des résistances spécifiques plus importantes que les 2 matériaux, et réduisant ainsi l’énergie consommée lors de son transport. Par ailleurs, son extraction de son milieu naturel (sa récolte) et sa transformation, lorsqu’il est local, sont aussi plus simples et moins énergivores que pour ces deux matériaux.Si la construction bois continue de progresser lentement en terme de part de marché, la question de son approvisionnement doit continuellement se poser. La part de bois français utilisée est de l’ordre de 50 à 60 % selon l’Enquête nationale de la construction bois en 2018 [2]. L’évolution de la demande des clients ayant la volonté de privilégier cette provenance est par ailleurs encourageante. Limiter la quantité d’énergie grise produite par un raccourcissement du circuit d’approvisionnement du matériau bois constitue un enjeu économique et environnemental. La valorisation du bois local dans le secteur de la construction s’inscrit donc dans cette dynamique par une diminution des distances de transport de la matière première mais aussi dans un cycle vertueux de maintien de l’activité dans des zones souvent rurales.Le douglas est une essence bien présente sur le territoire français, favorisée par 2 grandes vagues de reboisement. La seconde, initiée à partir des années 1970 a fait naître un très grand volume sur pieds devenu mature, ayant atteint des diamètres leur valant la dénomination « gros bois » voir « très gros bois ». Le douglas possède de bonnes propriétés mécaniques et un duramen naturellement durable (Classe 3), ce qui lui permet d’être assez couramment utilisé dans la construction en France par des éléments structurels massifs sans traitement additionnel typiquement pour les éléments de charpente. Cependant, la croissance bien avancée des gros bois s’accompagne d’inconvénients morphologiques rendant leur transformation dans les scieries délicate et amoindri ainsi leur rentabilité. Le déroulage du douglas, essence parmi les plus anciennement transformée par ce procédé aux Etats-Unis, semblent un bon moyen de valoriser ces bois. Pourtant, il n’existe à ce jour aucun site de déroulage de douglas en France ou en Europe. Les raisons ne sont pas technologiques liées à une différence de propriétés supposées du douglas d’un côté ou de l’autre de l’Atlantique mais plutôt historique et économique. D’après, les travaux menées par Rémy Frayssinhes [3] au LaBoMaP, les paramètres recommandées pour dérouler le douglas Français (géométrie des outils, température d’étuvage, paramètres de coupe) sont comparables à ceux couramment utilisés par les dérouleurs nord-américains pour peu que leurs sylvicultures ait été comparables. Cette thèse s’inscrit en aval des questions scientifiques liées à la transformation et se focalise sur l’emploi des placages issus de gros bois de douglas dans un matériau composite lamellaire : le LVL (Laminated Veneer Lumber) ou lamibois en français