Caractérisation de l adhérence des renforcements locaux sur des structures bois

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1 Caractérisation de l adhérence des renforcements locaux sur des structures bois Travaux expérimentaux et numériques Département GCE Association RBR Julie LARTIGAU Directeur de thèse : Stéphane Morel Equipe scientifique : J-L Coureau, P. Galimard, E. Maurin et J-C Mindeguia

2 Introduction Réparation Référentiel règlementaire Mise en œuvre Comportement mécanique Sécurité incendie Analyse de la fiabilité des réparations Suivi de la réparation Suivi dans le temps ELU (Etat Limite Ultime) ELS (Etat Limite de Service) Réparation par assemblages bois par goujons collés 2

3 Matériels et Méthodes ASSEMBLAGE ÉLÉMENTAIRE (COLLAGE MIXTE) Bois Epicéa ρ = 410 kg/m 3 Chêne ρ = 760 kg/m 3 Cubes a = 50 mm Adhésif 2 époxydes bi-composant e = 2 mm Renfort Tige filetée acier Ø = 8 mm Qualité : 8.8 Nombre d essais 450 Banc de collage Etude du comportement mécanique Caractérisation de l adhérence (ELU) Caractérisation de la raideur (ELS) 3

4 Matériels et Méthodes ASSEMBLAGE ÉLÉMENTAIRE (COLLAGE MIXTE) Bois Epicéa ρ = 410 kg/m 3 Chêne ρ = 760 kg/m 3 Cubes a = 50 mm Adhésif 2 époxydes bi-composant e = 2 mm Renfort Tige filetée acier Ø = 8 mm Qualité : 8.8 Nombre d essais 450 Dispositif expérimental de mise à l épreuve d un assemblage élémentaire Etude du comportement mécanique Caractérisation de l adhérence (ELU) Caractérisation de la raideur (ELS) 4

5 Matériels et Méthodes ASSEMBLAGE ÉLÉMENTAIRE (COLLAGE MIXTE) Bois Epicéa ρ = 410 kg/m 3 Chêne ρ = 760 kg/m 3 Cubes a = 50 mm Adhésif 2 époxydes bi-composant e = 2 mm Renfort Tige filetée acier Ø = 8 mm Qualité : 8.8 Nombre d essais 450 Essai mené jusqu à la ruine Etude du comportement mécanique Caractérisation de l adhérence (ELU) Caractérisation de la raideur (ELS) 5

6 Matériels et Méthodes ASSEMBLAGE ÉLÉMENTAIRE (COLLAGE MIXTE) Bois Epicéa ρ = 410 kg/m 3 Chêne ρ = 760 kg/m 3 Cubes a = 50 mm Adhésif 2 époxydes bi-composant e = 2 mm Renfort Tige filetée acier Ø = 8 mm Qualité : 8.8 Nombre d essais 450 Essai mené jusqu à la ruine Réponse des systèmes de mesure pour 20 C Etude du comportement mécanique Caractérisation de l adhérence (ELU) Caractérisation de la raideur (ELS) 6

7 Caractérisation expérimentale des assemblages Courbe Force/Déplacement expérimentale Evaluation de la raideur par régression linéaire 7

8 Rupture des assemblages en fonction de la température Adhésif A Adhésif B T = 30 C Rupture adhésive T = 40 C T = 80 C T 40 C Rupture cohésive 20 C T 80 C Rupture adhésive Adhérence au sein de l assemblage dépend de la température et du polymère 8

9 Contrainte de cisaillement (MPa) Contrainte de cisaillement (MPa) Contraintes de cisaillement Adhésif A Adhésif B , ,5 7,4 7 6,3 6,3 6,5 6,8 6, , , Température ( C) Température ( C) 9

10 Raideur (N/mm) Raideur (N/mm) Raideurs Adhésif A Adhésif B Température ( C) Température ( C) 10

11 flux de chaleur (mw/g) Température de transition vitreuse de l adhésif température appliquée ( C) Dispositif expérimental Propriété thermique de l adhésif primordiale Essais réalisés au LCPO : Analyse calorimétrique différentielle à balayage Lien entre propriété intrinsèque à l adhésif et perte de propriétés mécaniques des assemblages Exemple de l adhésif B : T g = 58 C 11

12 Analyse mécanique des assemblages Castem 2009 Modèle symétrique Maillage de l assemblage Calibration du modèle en élasticité Raideur numérique évaluée aux points expérimentaux 12

13 Variables d entrée Sortie Synoptique de l analyse inverse Propriétés du bois Propriétés de l acier Propriétés de l adhésif 13

14 Variables d entrée Sortie Synoptique de l analyse inverse Propriétés du bois Propriétés de l acier Propriétés de l adhésif E L, E R, E T, G LR 14

15 Variables d entrée Sortie Synoptique de l analyse inverse Propriétés du bois Propriétés de l acier Propriétés de l adhésif E L, E R, E T, G LR Module d élasticité 15

16 Variables d entrée Sortie Synoptique de l analyse inverse Propriétés du bois Propriétés de l acier Propriétés de l adhésif E L, E R, E T, G LR Module d élasticité Module d élasticité 16

17 Variables d entrée Sortie Synoptique de l analyse inverse Propriétés du bois Propriétés de l acier Propriétés de l adhésif E L, E R, E T, G LR Module d élasticité Module d élasticité 17

18 Variables d entrée Sortie Synoptique de l analyse inverse Propriétés du bois Propriétés de l acier Propriétés de l adhésif E L, E R, E T, G LR Module d élasticité Module d élasticité Raideur numérique / comparaison aux expérimentations 18

19 Variables d entrée Sortie Synoptique de l analyse inverse Propriétés du bois Propriétés de l acier Propriétés de l adhésif E L, E R, E T, G LR Module d élasticité Module d élasticité Raideur numérique / comparaison aux expérimentations 19

20 Module d élasticité (MPa) Evolution des propriétés élastiques des adhésifs T c ( C) E adhésif (MPa) Perte relative % % Température ( C) Analyse inverse : évolution du module d élasticité de l adhésif en fonction de la température Méthode reproductible pour d autres adhésifs 20

21 Conclusions Intérêt : diffusion des résultats auprès d une commission de professionnels (points d avancement trimestriels) Développement de méthodes relatives à la caractérisation de la qualité des assemblages collés : Prédiction de la résistance et de la raideur en fonction de la température (températures sous combles, situation d incendie) Mise en place d un référentiel de connaissances relatives au comportement des assemblages collés mixtes : Mise en œuvre Contribution des matériaux Analyse de la qualité Rédaction de règles professionnelles Travail de thèse en relation directe avec l usage («timber engineering») 21

22 22

23 pourcentage Calibration de la raideur (expérimentations/modèle) Adhédif B raideur (N/mm) 23

24 Comportement au feu : Principes du modèle INTERFACE Epaisseur de bois Réservation (tige + colle) Section ¼ section bois avec réservation 24

25 Comportement au feu : Résultats Ep. de bois (mm) T interface ( C) t (min) Température de transition vitreuse de l adhésif utilisé Préconisation d une épaisseur de bois minimale Epaisseur de bois : 30 mm Simulation du champ de températures au bout de 30 minutes 25