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

Introduction

05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 2

Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives

Réparation

Référentiel règlementaire

Mise en œuvre

Comportement mécanique

Sécurité incendie

Analyse de la fiabilité des réparations

Suivi de la réparation

Réparation par assemblages bois par goujons collés

Suivi dans le temps

ELU (Etat Limite Ultime)

ELS (Etat Limite de Service)

Nombre d’essais

450

Matériels et Méthodes

05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 3

Bois

Epicéa – ρ = 410 kg/m3

Chêne – ρ = 760 kg/m3

Cubes – a = 50 mm

Renfort

Tige filetée acier

Ø = 8 mm

Qualité : 8.8

Adhésif

2 époxydes bi-composant

e = 2 mm

Etude du comportement mécanique

Caractérisation de l’adhérence (ELU)

Caractérisation de la raideur (ELS)

ASSEMBLAGE ÉLÉMENTAIRE (COLLAGE MIXTE)

Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives

Banc de collage

Nombre d’essais

450

Matériels et Méthodes

05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 4

Dispositif expérimental de mise à l’épreuve

d’un assemblage élémentaire

Bois

Epicéa – ρ = 410 kg/m3

Chêne – ρ = 760 kg/m3

Cubes – a = 50 mm

Renfort

Tige filetée acier

Ø = 8 mm

Qualité : 8.8

Adhésif

2 époxydes bi-composant

e = 2 mm

Etude du comportement mécanique

Caractérisation de l’adhérence (ELU)

Caractérisation de la raideur (ELS)

ASSEMBLAGE ÉLÉMENTAIRE (COLLAGE MIXTE)

Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives

Nombre d’essais

450

Matériels et Méthodes

05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 5

Bois

Epicéa – ρ = 410 kg/m3

Chêne – ρ = 760 kg/m3

Cubes – a = 50 mm

Renfort

Tige filetée acier

Ø = 8 mm

Qualité : 8.8

Adhésif

2 époxydes bi-composant

e = 2 mm

Etude du comportement mécanique

Caractérisation de l’adhérence (ELU)

Caractérisation de la raideur (ELS)

ASSEMBLAGE ÉLÉMENTAIRE (COLLAGE MIXTE)

Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives

Essai mené jusqu’à la ruine

Nombre d’essais

450

Matériels et Méthodes

05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 6

Bois

Epicéa – ρ = 410 kg/m3

Chêne – ρ = 760 kg/m3

Cubes – a = 50 mm

Renfort

Tige filetée acier

Ø = 8 mm

Qualité : 8.8

Adhésif

2 époxydes bi-composant

e = 2 mm

Etude du comportement mécanique

Caractérisation de l’adhérence (ELU)

Caractérisation de la raideur (ELS)

ASSEMBLAGE ÉLÉMENTAIRE (COLLAGE MIXTE)

Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives

Essai mené jusqu’à la ruine Réponse des systèmes de mesure pour 20 C

Caractérisation expérimentale des assemblages

05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 7

Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives

Courbe Force/Déplacement expérimentale

Evaluation de la raideur par régression linéaire

Rupture des assemblages en fonction de la température

Adhésif A Adhésif B

05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 8

Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives

T = 30 C

Rupture adhésive

T ≥ 40 C

Rupture cohésive

T = 40 C T = 80 C

20 C ≤ T ≤ 80 C

Rupture adhésive

Adhérence au sein de l’assemblage dépend de la température et du polymère

Contraintes de cisaillement

Adhésif A Adhésif B

05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 9

7,5

8,3

7,4

4,2

2,5

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

10 20 30 40 50 60 70 80

Co

ntr

ain

te d

e ci

sail

lem

ent

(MP

a)

Température ( C)

6,3 6,3 6,5 6,8

6,3

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

10 20 30 40 50 60 70 80

Co

ntr

ain

te d

e ci

sail

lem

ent

(MP

a)

Température ( C)

Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives

Raideurs

Adhésif A Adhésif B

05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 10

Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives

58 713 62 047

61 543

56 957

34 684

0

10 000

20 000

30 000

40 000

50 000

60 000

70 000

80 000

90 000

10 20 30 40 50 60 70 80

Ra

ideu

r (N

/mm

)

Température ( C)

42 494 44 203

19 908

5 467 4 799

0

10 000

20 000

30 000

40 000

50 000

60 000

10 20 30 40 50 60 70 80

Ra

ideu

r (N

/mm

)

Température ( C)

Température de transition vitreuse de l’adhésif

05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 11

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 : Tg = 58 C

Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives

-700

-600

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

-40 -20 0 20 40 60 80 100 120

flu

x d

e ch

ale

ur

(mW

/g)

température appliquée ( C)

Dispositif expérimental

Analyse mécanique des assemblages

05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 12

Castem ® 2009

Modèle symétrique

Calibration du modèle en élasticité

Raideur numérique évaluée aux points

expérimentaux

Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives

Maillage de l’assemblage

Synoptique de l’analyse inverse

05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 13

Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives

Propriétés du bois Propriétés de l’acier Propriétés de l’adhésif

Vari

ab

les

d’e

ntr

ée

Sort

ie

Synoptique de l’analyse inverse

05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 14

Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives

Propriétés du bois Propriétés de l’acier Propriétés de l’adhésif

EL, ER, ET, GLR

Vari

ab

les

d’e

ntr

ée

Sort

ie

Synoptique de l’analyse inverse

05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 15

Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives

Propriétés du bois Propriétés de l’acier Propriétés de l’adhésif

EL, ER, ET, GLR Module d’élasticité

Vari

ab

les

d’e

ntr

ée

Sort

ie

Synoptique de l’analyse inverse

05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 16

Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives

Propriétés du bois Propriétés de l’acier Propriétés de l’adhésif

EL, ER, ET, GLR Module d’élasticité Module d’élasticité

Vari

ab

les

d’e

ntr

ée

Sort

ie

Synoptique de l’analyse inverse

05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 17

Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives

Propriétés du bois Propriétés de l’acier Propriétés de l’adhésif

EL, ER, ET, GLR Module d’élasticité Module d’élasticité

Vari

ab

les

d’e

ntr

ée

Sort

ie

Synoptique de l’analyse inverse

05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 18

Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives

Propriétés du bois Propriétés de l’acier Propriétés de l’adhésif

EL, ER, ET, GLR Module d’élasticité Module d’élasticité

Raideur numérique / comparaison aux expérimentations

Vari

ab

les

d’e

ntr

ée

Sort

ie

Synoptique de l’analyse inverse

05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 19

Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives

Propriétés du bois Propriétés de l’acier Propriétés de l’adhésif

EL, ER, ET, GLR Module d’élasticité Module d’élasticité

Raideur numérique / comparaison aux expérimentations

Vari

ab

les

d’e

ntr

ée

Sort

ie

Evolution des propriétés élastiques des adhésifs

05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 20

Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives

Tc ( C) Eadhésif (MPa) Perte relative

20 4 100

30 4 100

40 4 100

60 2 000 - 50 %

80 500 - 90 %

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

20 30 40 50 60 70 80 90

Mo

du

le d

’éla

stic

ité

(MP

a)

Température ( C)

Analyse inverse : évolution du module d’élasticité de l’adhésif en fonction de la température

Méthode reproductible pour d’autres adhésifs

Conclusions

05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 21

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 »)

Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives

05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 22

Calibration de la raideur (expérimentations/modèle)

05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 23

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

40000 45000 50000 55000 60000 65000 70000 75000 80000 85000

po

urc

enta

ge

raideur (N/mm)

Adhédif B

Comportement au feu : Principes du modèle

05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 24

Section ¼ section bois avec réservation

Réservation (tige + colle)

Epaisseur de bois

INTERFACE

Comportement au feu : Résultats

05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 25

Epaisseur de bois : 30 mm

Simulation du champ de températures au bout de 30 minutes

Ep. de bois (mm) Tinterface ( C) t (min)

25 50 15

30 50 20

40 50 33

50 50 47

60 43 60

Température de transition vitreuse de l’adhésif utilisé

Préconisation d’une épaisseur de bois minimale