Projet BASIC essais de flambage sur murs. Prof. Dr. Daia Zwicky itec HEIA-FR HES-SO

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1 Projet BASIC essais de flambage sur murs Prof. Dr. Daia Zwicky itec HEIA-FR HES-SO UFPB Assemblée d automne Novembre 2014

2 Projet BASIC Bétons Alternatifs et Systèmes Intégrés pour la Construction Objectives du projet Murs porteurs avec capacité isolante plus élevée et/ou diminution de l énergie grise impliquée Résistance à la compression 7 N/mm 2 Pas de béton visible Production en taille industrielle Béton à prix égal ou prix inférieur à celui d un béton conventionnel (pour mur + isolation) Satisfaction des critères Minergie Utilisation de béton de bois Prof. Dr. Daia Zwicky itec HEIA-FR HES-SO 2

3 Béton de bois Ciment Gravier Sable Eau (Adjuvants) Copeaux de bois économiser env. 1t de gravier par m 3 Prof. Dr. Daia Zwicky itec HEIA-FR HES-SO 3

4 Défis du béton de bois 1. Résistance du bois 2. Essence de bois 3. Taille des copeaux 4. Matériau organique 5. Contenu en sucres 6. Contenu / absorption en eau 7. Durabilité 4-7 prétraitement nécessaire Prof. Dr. Daia Zwicky itec HEIA-FR HES-SO 4

5 Autres investigations en parallèle Écobilan (heig-vd) Écobilan (ACV) des bétons de bois 75% d impact dû au ciment NRE : légère augmentation auprès béton standard Écobilan des éléments de façade Supérieur au bois & maçonnerie (btc) Comparable au béton usuel (in-situ ou préfa) Écobilan de bâtiments complets (Minergie-ECO) Immeuble collectif et villa individuelle béton de bois : tout à fait compétitive! Énergie d exploitation! Prof. Dr. Daia Zwicky itec HEIA-FR HES-SO 5

6 Autres investigations Physique du bâtiment (heig-vd) Conductibilité thermique En lien avec masses volumiques des recettes développées Confort thermique Béton de bois : comparable à maçonnerie btc inférieur au béton armé supérieur au bois Prof. Dr. Daia Zwicky itec HEIA-FR HES-SO 6

7 Mandat à l itec Essais préliminaires 8 recettes de béton de bois Jugement «aveugle» (i.e. aucune connaissance sur les recettes, mise à part du type de bois utilisé) Densité Résistance à la compression Résistance à la traction par fendage Module d élasticité Agrégats de bois feuillu Agrégats de bois résineux Recette Prof. Dr. Daia Zwicky itec HEIA-FR HES-SO 7

8 Fabrication des éprouvettes Prof. Dr. Daia Zwicky itec HEIA-FR HES-SO 8

9 Essais préliminaires Évaluation empirique Impact du type de bois (feuillu ou résineux) Analyse de la variabilité des résultats Densité (humide) Agrégats de bois feuillu Agrégats de bois résineux Recette Moyenne [kg/m 3 ] COV [%] Feuillu : densité (un peu) plus élevée COV très faible grande fiabilité de production Densité sèche : env. -8.5% En général : densités plutôt élevées ( sable) Prof. Dr. Daia Zwicky itec HEIA-FR HES-SO 9

10 Résistance à la compression Essais sur cube 28 jours après bétonnage Agrégats de bois feuillu Agrégats de bois résineux Recette Moyenne [MPa] COV [%] No. 7 : très faible résistance Feuillu : résistance plus élevées (en général) Résineux : COV plus élevé (sauf no. 7) COV faibles (sauf no. 8) En général : résistances plutôt basses Prof. Dr. Daia Zwicky itec HEIA-FR HES-SO 10

11 Résistance à la traction par fendage Essai sur cylindre 30 jours après bétonnage Compression sur tampon traction tangentielle Agrégats de bois feuillu Agrégats de bois résineux Recette Moyenne [MPa] COV [%] Feuillu : résistances plus élevées Faible variation (sauf no. 5 & 7) COV : type de bois sans impact En général : en corrélation avec compression Prof. Dr. Daia Zwicky itec HEIA-FR HES-SO 11

12 Module d élasticité Essais sur cylindre 29 jours après bétonnage Agrégats de bois feuillu Agrégats de bois résineux Recette no Moyenne [MPa] COV [%] Grande variation (béton usuel : env. ±20%) Feuillu : rigidités plus élevées, COV faibles Résineux : COV de nos. 7 et 8 très grands En général : considérablement inférieur à l attendue Prof. Dr. Daia Zwicky itec HEIA-FR HES-SO 12

13 Corrélations entre propriétés Densité compression Compression traction Résistance à la compression [MPa] Densité [kg/m 3 ] Plus lourd / dense plus résistant Résistance à la traction [MPa] Résistance à la compréssion [MPa] Linéaire sauf no. 7 Prof. Dr. Daia Zwicky itec HEIA-FR HES-SO 13

14 Corrélations entre propriétés Compression élasticité Module d'élasticité [MPa] Résistance à la compréssion [MPa] Tendance opposée au béton usuelle Mais: trop peu des résultats pour relation Conclusions En général, faible variation dans quasiment tous les propriétés Recettes 5, 6 et 8 ont montré des signes de ségrégation Bois feuillu : meilleures propriétés pour tous les caractéristiques mécaniques Vont aussi ensemble avec des densités nettement plus élevées Suite : dériver valeurs de calcul (fractile 5%) Prof. Dr. Daia Zwicky itec HEIA-FR HES-SO 14

15 Essais de flambage sur murs Déterminer charge critique de flambage pour deux différents types de murs Bancs d essais, exécution d essais Evaluation des résultats Recommandations Accompagné par essais sur matériaux pour dérivation des propriétés mécaniques 2 recettes de béton de bois Prof. Dr. Daia Zwicky itec HEIA-FR HES-SO 15

16 Fabrication des échantillons Prof. Dr. Daia Zwicky itec HEIA-FR HES-SO 16

17 Propriétés mécaniques Compression Module Essai Compression Traction Recette à 28j d élasticité MOY COV Age MOY COV MOY COV MOY COV R R [MPa] [%] [j] [MPa] [%] [MPa] [%] [MPa] [%] Masses volumiques R1 : kg/m 3 (COV 0.8%) R2 : kg/m 3 (COV 1.4%) Augmentation en résistance : décoffrage tard Résistance encore plus faible Prof. Dr. Daia Zwicky itec HEIA-FR HES-SO 17

18 Banc d essai et capteurs Élément b = 0.5 m dans cage stabilisateur Échelle nature (h = 2.74 m) Mesures installées Force appliquée Déplacement vertical Flèches horizontales À différentes hauteurs Déformations longitudinales Rotation des rotules Prof. Dr. Daia Zwicky itec HEIA-FR HES-SO 18

19 Illustration du comportement Essai 2.3 Prof. Dr. Daia Zwicky itec HEIA-FR HES-SO 19

20 Rupture Illustration au travers de l essai 2.1 Prof. Dr. Daia Zwicky itec HEIA-FR HES-SO 20

21 Force-flèche Recette 1 Recette 2 Prof. Dr. Daia Zwicky itec HEIA-FR HES-SO 21

22 Force-flexion (M-N) Recette 1 Recette 2 Prof. Dr. Daia Zwicky itec HEIA-FR HES-SO 22

23 Charges critiques Evaluation empirique Approche de Southwell Ligne de tendance Permet dérivation de Charge critique de flambage N cr,exp Déformation initiale d 0 («tolérance») Recette N u,exp = N k,exp d 0 L k /d 0 N cr,exp MOY COV MOY COV MOY COV MOY COV R % % % R % % % [kn] [%] [mm] [%] [-] [%] [kn] [%] Faibles tolérances, résistances élevées Prof. Dr. Daia Zwicky itec HEIA-FR HES-SO 23

24 Charges de flambage Comparaison à d autres valeurs N cr,euler : charge de flambage pour barre parfaitement élastique sans imperfections géométriques N cr,exp : charge de flambage pour barre parfaitement élastique avec imperfections N u,exp : charge maximale mesurée avec matériau implicitement non-élastique N Rm : résistance de la section Recette N cr,euler N cr,exp N u,exp N Rm R R Prof. Dr. Daia Zwicky itec HEIA-FR HES-SO 24

25 Dimensionnement Application pratique Résistance moyenne en essai valeur de dimensionnement pratique Considérer variation statistique Distribution normale recommandée (sécuritaire) Valeurs de dimensionnement recommandées Recette 1 : env. 500 kn/m Recette 2 : env kn/m Seulement valable pour types de mur testé! Problématique : concept de dimensionnement + effet 2 ème ordre (flambage) Prof. Dr. Daia Zwicky itec HEIA-FR HES-SO 25

26 Recommandations Utilisation potentielle Béton de bois peut entrer en compétition avec maçonnerie et béton préfabriqué Dimensionnement Influences du retrait et du fluage encore inconnues Résistances à comparer aux pointes des charges (car comportement fragile) Durabilité Attaques biologiques : matériau basé sur ciment Résistance à la corrosion de l armature? Commercialisation Temps de durcissement Détails constructifs (connexions, ouvertures, ) Prof. Dr. Daia Zwicky itec HEIA-FR HES-SO 26

27 Questions ouvertes Retracement analytique du comportement expérimental Identifier impact des effets différés (retrait, fluage) Déterminer loi constitutive du béton de bois Identifier applicabilité des approches existantes faire extrapolations sur d autres longueurs de flambage, autres taux d armatures etc. Autres séries d essai à autres âges Préfabrication Plus grand nombre des résultats disponibles augmentation de la fiabilité Prof. Dr. Daia Zwicky itec HEIA-FR HES-SO 27

28 Merci pour votre attention Prof. Dr. Daia Zwicky itec HEIA-FR HES-SO UFPB Assemblée d automne Novembre 2014