LES PLÉNIÈRES 2010 DU LCPC ET DU Sétra …media.lcpc.fr/ext/pdf/sem/2010_joa/j1_15_er1_8_loulou.pdf · Projet de pont type bois-béton Groupe de travail SETRA-Ecoledes Ponts-CETE

LILLE - 16 ET 17 JUIN 2010

LES PLÉNIÈRES 2010 DU LCPCET DU SétraSciences et techniquesdu Génie Civil

JOURNÉESOUVRAGES D’ART

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TITRE RÉSUMÉ DE LA PRÉSENTATION

LILLE 16 ET 17 JUIN 2010

LES PLÉNIÈRES 2010 DU LCPC ET DU SétraSciences et techniquesdu Génie Civil


Louisa LOULOU

Assemblages collés bois-bétonComprendre pour faire durer

Louisa LOULOU (Navier LCPC)Sabine CARE (Navier LCPC)Robert LE ROY (Navier LCPC)

Sylvain CHATAIGNER (LR Autun)

Boumedienne Nedjar (Navier ENPC)Michel Bornert (Navier ENPC)

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Louisa LOULOU

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

Partie noyée dans le bétonGoujon Nelson ordinaire

Tirefonds vissés dans le bois (p = 100 mm)

Plaque de répartition

Par rapport à la solution sans connexionFlèche divisée par 2 contraintes réduites de 30%

Assemblages collés bois-béton

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Et le collage ?Validation en fatigue à l’UMR Navier

Louisa LOULOU


4

Performance mécanique démontrée (quasi statique et fatigue) sous chargement thermo-hydrique constant

Et si on fait varier l’Humidité Relative (HR) et la température ?

Par rapport à la solution sans connexionFlèche divisée par 3 contraintes réduites de moitié

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Louisa LOULOU


En effet, la colle…

Ce vieillissement a été et est toujours étudié dans

les opérations de recherche 11N053 et

11N091 pour des résines époxys

(Resp. K. Benzarti et M. Quiertant)

Plastification de la résine

Échantillons stockés en environnement humide (95%HR) à 40°C

Diminution de la capacité, de la rigidité et augmentation de la ductilité des résines époxys

•Le comportement mécanique de la résine est affecté (vieillissement environnemental) :

Exemple de l’influence du vieillissement environnemental sur une résine époxy

(S. Chataigner et al., Fib2010)

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-5

-1

3

7

11

15

0 10 20 30 40 50 60 70 80Humidité bois (masse eau/masse bois sec) %

Dé

form

atio

n %

Déf. longitudinale L

Déf. Radiale RDéf. Tangentielle T

Louisa LOULOU


Et le bois…Matériau poreux, anisotrope, hygroscopique

Comportement dépend de sa teneur en humidité, de la température, de l’histoire de sorption de la pièce.

(Stage PFE, 2010, Institut Galilée / Navier, M. Ligoreau, Hêtre)

RL

T

0 97 %Humidité relative de l’air

R

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Louisa LOULOU


Évaluation de propriétés résiduelles et les endommagements possibles dus à des chargements environnementaux. HR et T

Déterminer les mécanismes qui pilotent la dégradation de l’interface

Quantifier les contraintes mécaniques en jeu et modéliser l’assemblage

Proposer des solutions technologiques satisfaisantes

Assurer la durabilité de l’assemblage et proposer une connexion optimale

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Louisa LOULOU



Push out +colle

LR Autun Opération de recherche 11N091 du LCPC (M. Quiertant et K. Benzarti)

Vieillissement

UMR NavierTest imbibition et en HR controlée sur différents matériaux

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Louisa LOULOU


Imbibition du contreplaqué d’okoumé

Matériaux :- Bois contreplaqué : Direction principale de déformation suivant le plan de collage- Pâte de ciment-mortier- Colle structurale époxy

Vieillissement : accéléréImbibition de l’échantillon

Mesure de déformations :Globales (palmer)

orthotropie

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-0,005

0,000

0,005

0,010

0,0150,020

0,025

0,030

0,035

0,040

0,045

0 5 10 15 20 25 30temps (jours)

dé

form

atio

n d

an

s le

bo

is

Bois libreBois+Pâte de ciment fraicheBois+Pâte de ciment 28 j

Louisa LOULOU

Pour ce type d’essai, le gonflement du bois est le paramètre prépondérant sur l’endommagement de l’assemblage


-0,005

0,000

0,005

0,010

0,015

0,020

0,025

0,030

0,035

0,040

0,045

0 5 10 15 20 25 30temps (jours)

défo

rmatio

n d

an

s la

pâte

de

cim

en

t

retrait libre Pâte de cimentBois+Pâte de ciment fraicheBois+pâte de ciment 28 j

Dans le bois proche de l’interface Dans le mortier proche de l’interface

Fissuration à 2,5 jours

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Louisa LOULOU


Imbibition du bois massif d’épicéa

Matériaux :- Bois massif : Déformations hétérogènes. Dépendent du sens des cernes- Mortier- Colle structurale époxy

Test : accéléréImbibition de l’échantillon

Mesure de déformationsGlobales (palmer)

2 sens :

Cœur à l’interface bois-béton (EMI1)

Cœur à l’exterieur(EMI2)

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0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00Temps (jours)

défo

rmat

ion

dans

le b

ois(

10-3

) échantillon EMI1-bois+mortieréchantillon EMI2-bois+mortier

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00Temps (jours)

défo

rmat

ion

dans

le m

ortie

r (1

0-3)

Echantillon EMI2Echantillon EMI1


Sens EMI1

Ouverture de fissure

Sens EMI2

Pas de fissure

fissuration

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Chargement hydrique à HR = 97% du bois massif d’épicéa


Matériaux :- Bois massif : Déformations hétérogènes dépendent du sens des cernes- Mortier- Colle structurale époxy

Test : HR = 97%

Mesure de déformations : Globales (palmer)

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Équilibre hygroscopique du bois

humidité

relativ

e de l’a

ir ambiant (%

)

Température (°°°°C)

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HR= 97% t=5 jours-0,5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00

temps (jours)

défo

rmat

ion

(%)

Déformation libre à HR=97%

Déformation libre sous imbibition

Cinétique de gonflement différente : plus lent à 97% - fissuration est retardée

Processus de transferts complexes (HR / imbibition), à identifierNécessité de localiser l’eau en fonction de l’anisotropie du bois (en cours avec la gammadensimétrie et l’IRM)

Se baser sur essais de chargement en HR, « plus réalistes » pour proposer un modèle numérique (Navier, LR Autun)

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JOURNÉESOUVRAGES D’ART Assemblages collés bois-béton

Développement de la technique :Michel Bornert (LMS-Navier)

Objet (3D) Image 0 (2D –optique3D - microtomographe)

XY

12

3

M

Systèmeoptique

1

2

3

Sollicitationmécanique

XY

m

φ

Configuration t

Configuration 0

Image t

Source : M. Bornert

La corrélation d’image: le principe

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thèse QT Nguyen, LMT Cachan 2006

Simulation EF – Castem 2000-Calage des paramètres « rouille »

Essais sur plaqueZone analysée (59.5 x 47.6 mm2)

Correli

Exemple : corrosion du béton armé

Louisa LOULOU

Analyse par corrélation d’image :

La formation de rouille induit de la pression dans le béton et donc la fissuration.

Une modélisation par élément fini qui reproduit la croissance de rouille.

Approche prédictive validée par les essais de corrélation d’image.

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Essais de corrélation d’image

Test sous imbibition :

Contreplaqué + pâte de ciment

Source lumineuse

camera

Pâte de ciment

interface

Bois contreplaqué

eau

Financement matériel : projet Vitres-Carnot, S. Caré et al., 2009Louisa LOULOU 19

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Déformations E11


Déformations du bois conduisent àl’endommagement du matériau cimentaire

Hétérogénéité du bois

Interface (colle epoxy)

Pâte de ciment

Okoumécontreplaqué

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E11

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Louisa LOULOU


ConclusionLes 1ers résultats : mise en évidence de l’effet de l’anisotropie du bois sur adhérence et sur l’endommagement (paramètre prépondérant : humiditédans le bois)

- Tests d’imbibition/HR : rapide, simple, efficace- Corrélation d’images : on peut comprendre !

Perspectives :

- Choix des colles (plus ou moins souples pour s'adapter au gonflement du bois sous chargement hydrique): essais d'imbibition et essais Push-Out avec trois colles de différentes natures.

- Quantification et modélisation des déformations du bois sous chargement thermo-hydriques via une modélisation hydro-mécanique de type éléments finis (avec le LR Autun) + évaluation de l'incidence sur la sollicitation mécanique du joint de colle

- Pourquoi influence des cernes ?

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