Journées techniques Ouvrages d Art 2012

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1 Journées techniques Ouvrages d Art 2012 Sourdun Mercredi 9 et Jeudi 10 mai Georges Youssef 9 mai 2012

2 ASSEMBLAGES COLLÉS BOIS/BÉTON CARACTERISATION PAR ESSAIS PUSH-OUT ET TRANSFERT DES EFFORTS, André FLETY, Christophe AUBAGNAC DL Autun, Bd de l Industrie AUTUN Sylvain Chataigner IFSTTAR, Centre de Nantes, Route de Bouaye BOUGUENAIS Louisa LOULOU, Sabine CARÉ,, Robert LE ROY Université Paris-Est, Laboratoire Navier (ENPC/IFSTTAR /CNRS), Ecole des Ponts - Paristech Av Blaise Pascal MARNE LA VALLÉE Page 1/17

3 PLAN Contexte Essai Push-Out - Dimensionnement des éprouvettes - Réalisation des éprouvettes - Réalisation des essais - Exploitation/Interprétation Investigations expérimentales - Influence de la raideur de l adhésif - Influence du vieillissement Conclusions et Perspectives Page 2/17

4 CONTEXTE Projet de pont type bois-béton Groupe de travail SETRA-Ecole des Ponts-CETE de l est-enstib Travaux sur les structures bois/bfup assemblées par collage Thèse de S.Pham, ENPC, 2007 Projet NR2C, IFSTTAR Durabilité de l assemblage par collage Thèse de L.LOULOU, UR Navier, en cours Page 3/17

5 Essai Push-Out Objectifs : - Choix de la colle - Étude des propriétés résiduelles d adhérence Page 4/17

6 Essai Push-Out Dimensionnement des éprouvettes Objectif: Obtention d un mode de rupture par cisaillement au niveau de l assemblage collé Ksi=0,8 Utilisation d une section de bois Ksi=0,85 suffisante (Douglas GLULAM 1600 Ksi=0,9 désaubiéré GL24) 1400 Ksi=0, Utilisation de l équation élastique 1000 de O. Volkersen pour estimer une 800 longueur d ancrage élastique 600 caractéristique Lc (attention cette longueur dépend du module de la 400 résine étudiée) 100 mm mm mm 200 mm 100 mm Longueur d'ancrage élastique selon O. Volkersen, en mm Module élastique de la résine, en MPa Ksi: facteur d efficacité qui représente la quantité d effort transmise sur la longueur Lc Page 5/17

7 Essai Push-Out Réalisation des éprouvettes Comme pour tout assemblage par collage, la phase de mise en œuvre ne doit pas être négligée: Ponçage, dépoussiérage et dégraissage des surfaces des adhérents BFUP (après 28 jours de cure) et bois Application de la résine conformément aux recommandations de la fiche technique (conditions environnementales, double encollage, respect de la DPU) Utilisation d un cadre en bois de maintien de l éprouvette pendant la phase d assemblage (orientation des éprouvettes de bois lamellé collé parallèlement au plan de collage) et d un serre joint pour le maintien de l éprouvette pendant la polymérisation Polissage de la base de l éprouvette après polymérisation de la résine Page 6/17

8 Essai Push-Out Réalisation des essais Mise en place de l instrumentation par capteurs de déplacement: mesures de glissements locaux Blocage en pied de l éprouvette pour limiter les efforts de pelage Réalisation de l essai (précharge à 30 kn pendant 60s, puis essai jusqu à rupture à 500 N/s) Page 7/17

9 Essai Push-Out Exploitation/Interprétation Mode rupture Capacité ultime Raideur locale (ou globale de l assemblage) Page 8/17

10 Investigations expérimentales Influence de la raideur de l adhésif Caractéristiques des quatre matériaux adhésifs étudiés Adhésif Epoxyde 1 Epoxyde 2 Acrylique modifiée Polyuréthane DPU à 20 C (Durée Pratique d Utilisation) (1) 1h10 30 min 5 min 15 min Type de comportement mécanique à court terme à 20 C (2) Elastique fragile Elastique fragile Elastoplastique (viscosité importante) Hyperélastique Module d Young élastique en traction, en MPa (2) Contrainte ultime en traction, en MPa (2) (Limite élastique) >10 >4,5 Température de transition vitreuse, en C (3) <-50 (1) Selon la fiche technique (2) Essais de traction réalisés sur haltères à 1 mm/min (inspirés de NF EN ISO 527-1) (3) Analyse par DSC selon EN Page 9/17

11 Investigations expérimentales Influence de la raideur de l adhésif Résultats des essais Push-Out: (Mode de rupture) Adhésif Epoxyde 1 Epoxyde 2 Acrylique modifiée Polyuréthane Mode de rupture 30% béton, 70% bois 25% béton, 75 % bois 50% bois, 50% interface adhésif/bois 50% interface béton/adhésif, 50% interface bois/adhésif Page 10/17

12 Investigations expérimentales Influence de la raideur de l adhésif Résultats des essais Push-Out: (Mode de rupture) Adhésif Epoxyde 1 Epoxyde 2 Acrylique modifiée Polyuréthane Mode de rupture 30% béton, 70% bois 25% béton, 75 % bois 50% bois, 50% interface adhésif/bois 50% interface béton/adhésif, 50% interface bois/adhésif Page 10/17

13 Investigations expérimentales Influence de la raideur de l adhésif Résultats des essais Push-Out: (Mode de rupture) Adhésif Epoxyde 1 Epoxyde 2 Acrylique modifiée Polyuréthane Mode de rupture 30% béton, 70% bois 25% béton, 75 % bois 50% bois, 50% interface adhésif/bois 50% interface béton/adhésif, 50% interface bois/adhésif Page 10/17

14 Investigations expérimentales Influence de la raideur de l adhésif Résultats des essais Push-Out: (Capacité ultime) Adhésif Epoxyde 1 Epoxyde 2 Acrylique modifiée Polyuréthane Capacité moyenne, en kn ,1 Contrainte de cisaillement moyenne, en MPa 6,7 6,6 4,9 1,1 Dispersion de la capacité maximale, en % ,8 42 L adhésif polyuréthane n est clairement pas un adhésif structural (caoutchouc) La dispersion de l essai semble augmenter avec la raideur de l adhésif Pas de corrélation directe entre cisaillement moyen et capacité de l adhésif ou des adhérents (phénomènes de concentration des efforts pour les adhésifs les plus raides) Page 11/17

15 Investigations expérimentales Influence de la raideur de l adhésif Vérification du facteur dit «d équilibrage» (A/C et B/D) Vérification de la symétrie (A/B et C/D) Ordre de grandeur des déplacements mesurés Page 12/17 Abscisse le long du joint de colle, en m Module de 10 MPa Module de 200 MPa Module de 5000 MPa Module de MPa Contrainte de cisaillement, en MPa

16 Investigations expérimentales Influence de la raideur de l adhésif Déplacement, en mm 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 B C D Effort Effort, en N Déplacement, en mm 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 B C D Effort Effort, en N Temps, en s Temps, en s Epoxyde 1 Epoxyde 2 Page 13/17

17 Investigations expérimentales Influence de la raideur de l adhésif Déplacement, en mm 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 B C D Effort Temps, en s Effort, en N Déplacement, en mm 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, Temps, en s B C D Effort Effort, en N Acrylique modifiée Polyuréthane Page 14/17

18 Investigations expérimentales Influence du vieillissement(t=40 C,HR>95%) Époxy Acrylique Polyuréthane Pas de différence de faciès de rupture par rapport aux échantillons non vieillis -30% -30% Baisse de résistance d'environ 30%: -Cas epoxy: rupture principalement dans le bois. - Cas acrylique: rupture cohésive bois. Page 15/17

19 Conclusions et Perspectives Conclusions: Mise au point d un protocole d essai Push-Out pour caractérisation d assemblages collés bois-béton Réalisation d investigations expérimentales et théoriques sur l influence de la raideur de l adhésif sur la résistance de l assemblage Influence sur le champ de contrainte de cisaillement (concentrations). Utilisation d adhésifs plus souples que les adhésifs structuraux actuels possiblement bénéfique (à pouvoir d adhésion identique et pour une contrainte ultime suffisante). Réalisation d investigations expérimentales sur le vieillissement environnemental de l assemblage par collage Diminution de la capacité de l assemblage de 30 % sans changement du mode de rupture après un an de vieillissement en conditions accélérées. Perspectives: Campagne d essai Push-Out pour l'assemblage Bois/Béton frais par collage Fluage de la colle (thèse de N. HOUHOU, IFSTTAR) Page 16/17

20 Merci pour votre attention CETE de Lyon - DL Autun Boulevard Bernard Giberstein Autun Tél. +33 (0) Fax. +33 (0) georges.youssef@developpement-durable.gouv.fr Page 17/17