Assemblages collés bois/béton

Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

Georges YOUSSEF

Georges Youssef9 mai 2012

Journées techniques Ouvrages d’Art 2012

SourdunSourdunMercredi 9 et Jeudi 10 maiMercredi 9 et Jeudi 10 mai


Georges YOUSSEF

ASSEMBLAGES COLLÉS BOIS/BÉTON CARACTERISATION PAR ESSAIS PUSH-OUT ET

TRANSFERT DES EFFORTS

Georges YOUSSEF, Georges YOUSSEF, AndrAndréé FLETY, Christophe AUBAGNACFLETY, Christophe AUBAGNACDL Autun, Bd de l’Industrie 71 400 AUTUN

Sylvain ChataignerSylvain ChataignerIFSTTAR, Centre de Nantes, Route de Bouaye44 344 BOUGUENAIS

LouisaLouisa LOULOU, Sabine CARLOULOU, Sabine CARÉÉ, Robert LE ROY, Robert LE ROYUniversité Paris-Est, Laboratoire Navier (ENPC/IFSTTAR/CNRS), Ecole des Ponts - Paristech Av Blaise Pascal77 455 MARNE LA VALLÉE

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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

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CONTEXTE

Projet de pont type bois-bétonGroupe de travail SETRA-Ecole des Ponts-CETE de l’est-ENSTIB

Travaux sur les structures bois/BFUP assemblées par collageThèse de S.Pham, ENPC, 2007Projet NR2C, IFSTTAR

Durabilité de l’assemblage par collageThèse de L.LOULOU, UR Navier, en cours

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Essai Push-Out

Objectifs : - Choix de la colle- Étude des propriétés résiduelles d’adhérence

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Essai Push-Out Dimensionnement des éprouvettes

Objectif: Obtention d’un mode de rupture par cisaillement au niveau de l’assemblage collé

• Utilisation d’une section de bois suffisante (Douglas GLULAM désaubiéré GL24)

• Utilisation de l’équation élastique de O. Volkersen pour estimer une longueur d’ancrage élastique caractéristique Lc (attention cette longueur dépend du module de la résine étudiée)

0200400600800

100012001400160018002000

0 5000 10000Module élastique de la résine, en MPaLo

ngue

ur d

'anc

rage

éla

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elon

O

. Vol

kers

en, e

n m

m

Ksi=0,8Ksi=0,85Ksi=0,9Ksi=0,95

100 mm100 mm

200 mm180 mm

100 mm

Ksi: facteur d’efficacité qui représente la quantitéd’effort transmise sur la longueur Lc

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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

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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)

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Essai Push-Out Exploitation/Interprétation

• Mode rupture

• Capacité ultime

• Raideur locale (ou globale de l’assemblage)

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Investigations expérimentales Influence de la raideur de l’adhésif

Caractéristiques des quatre matériaux adhésifs étudiés

(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 12 614

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

fragileElastique

fragileElastoplastique

(viscosité importante) Hyperélastique

Module d’Young élastique en traction, en MPa (2) 12 000 5 200 200 10

Contrainte ultime en traction, en MPa (2) 32 32 3(Limite élastique)

>10 >4,5

Température de transition vitreuse, en °C (3) 51 63 70 <-50

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Résultats des essais Push-Out: (Mode de rupture)

Adhésif Epoxyde 1 Epoxyde 2 Acrylique modifiée Polyuréthane

Mode de rupture 30% béton,

70% bois25% béton, 75 % bois

50% bois,

50% interface adhésif/bois50% interface béton/adhésif, 50% interface bois/adhésif


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Résultats des essais Push-Out: (Capacité ultime)

• 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)

Adhésif Epoxyde 1 Epoxyde 2 Acrylique modifiée

Polyuréthane

Capacité moyenne, en kN 242 237 177 41,1

Contrainte de cisaillement moyenne, en MPa 6,7 6,6 4,9 1,1

Dispersion de la capacité maximale, en % 43 20 13,8 42


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0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 20 40 60Contrainte de cisaillement, en MPa

Absc

isse

le lo

ng d

u jo

int d

e co

lle, e

n m

Module de 10 MPa

Module de 200 MPa

Module de 5000 MPa

Module de 10000 M Pa

• 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


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0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0 2000 4000 6000 8000Temps, en s

Dép

lace

men

t,en

mm

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

Effo

rt,en

N

BCDEffort

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

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0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Temps, en s

Dép

lace

men

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mm

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

Effo

rt, e

n N

BCDEffort

Epoxyde 1 Epoxyde 2


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0 1000 2000 3000 4000 5000

Temps, en s

Dép

lace

men

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0

50000

100000

150000

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rt, e

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0

0,2

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0,6

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0 100 200 300 400 500 600

Temps, en sD

épla

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10000

20000

30000

40000

50000

60000

Effo

rt,en

N

BCDEffort

Acrylique modifiée Polyuréthane


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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

Baisse de résistance d'environ 30%:-Cas epoxy: rupture principalement dans le bois.- Cas acrylique: rupture cohésive bois.

-30%

-30%

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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)

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Merci pour votre attentionMerci pour votre attention

CETE de Lyon - DL AutunBoulevard Bernard Giberstein71404 AutunTél. +33 (0)3 85 86 67 41Fax. +33 (0)3 85 86 67 [email protected]

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