Assemblages collés bois/béton

Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

Journées techniques Ouvrages d’Art
2012

Sourdun
Mercredi 9 et Jeudi 10 mai

Georges Youssef
9 mai 2012

Georges YOUSSEF


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

Georges YOUSSEF, André FLETY, Christophe AUBAGNAC
DL Autun, Bd de l’Industrie
71 400 AUTUN

Sylvain Chataigner
IFSTTAR, Centre de Nantes, Route de Bouaye
44 344 BOUGUENAIS

Louisa LOULOU, Sabine CARÉ, Robert LE ROY
Université Paris-Est, Laboratoire Navier (ENPC/IFSTTAR
/CNRS), Ecole des Ponts - Paristech Av Blaise Pascal
77 455 MARNE LA VALLÉE

Georges YOUSSEF Page 1/17


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



CONTEXTE

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

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

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



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



Essai Push-Out
Dimensionnement des éprouvettes
Objectif: Obtention d’un mode de rupture par cisaillement au niveau de

Longueur d'ancrage élastique selon
l’assemblage collé 2000
1800 Ksi=0,8
• Utilisation d’une section de bois Ksi=0,85
1600

O. Volkersen, en mm
suffisante (Douglas GLULAM Ksi=0,9
désaubiéré GL24) 1400 Ksi=0,95
1200
• Utilisation de l’équation élastique 1000
de O. Volkersen pour estimer une 800
longueur d’ancrage élastique
600
caractéristique Lc (attention cette
longueur dépend du module de la 400
résine étudiée) 100 mm 200
100 mm
0
0 5000 10000
200 mm Module élastique de la résine, en MPa
180 mm
Ksi: facteur d’efficacité qui représente la quantité
d’effort transmise sur la longueur Lc
Georges YOUSSEF 100 mm Page 5/17


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



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)


Essai Push-Out
Exploitation/Interprétation

• Mode rupture

• Capacité ultime

• Raideur locale (ou globale de l’assemblage)



Investigations expérimentales
Influence de la raideur de l’adhésif
Caractéristiques des quatre matériaux adhésifs étudiés

Adhésif Epoxyde 1 Epoxyde 2 Acrylique modifiée Polyuréthane

DPU à 20°C
1h10 30 min 5 min 15 min
(Durée Pratique d’Utilisation) (1)

Type de comportement mécanique Elastique Elastique Elastoplastique
à court terme à 20°C (2) fragile fragile (viscosité importante) Hyperélastique

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

Contrainte ultime en traction, en 32 32 3(Limite élastique) >4,5
MPa (2) >10

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

(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


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

Adhésif Epoxyde 1 Epoxyde 2 Acrylique modifiée Polyuréthane

Mode de 50% bois,
rupture 30% béton, 25% béton, 50% interface béton/adhésif,
70% bois 75 % bois 50% interface bois/adhésif
50% interface adhésif/bois



Résultats des essais Push-Out: (Capacité ultime)

Adhésif Epoxyde 1 Epoxyde 2 Acrylique Polyuréthane
modifiée

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 43 20 13,8 42
maximale, en %

• 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)




180

Abscisse le long du joint de colle, en m
160

140

120 Module de 10 MPa

Module de 200 MPa
100
Module de 5000 MPa
80
Module de 10000 M Pa
60

40

20

0
0 20 40 60
Contraint e de c isaillement, en MPa
• 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



0,3 300
500 0,4 300000
B
C 0,35 B
300
000 250000
05
,2 C

Déplacement, en mm
D
Déplacement, en mm

E rt
ffo 0,3 D
200
500 Effort
0,2 200000

Effort, en N
Effort, en N 0,25
200
000
05
,1 0,2 150000
100
500
0,15
0,1 100000
100
000 0,1

05
,0 50000
500
00 0,05

0 0 0 0
0 20
00 40
00 60
00 80
00 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
T m s, e s
ep n Temps, en s

Epoxyde 1 Epoxyde 2




0,5 250000 1,2 600
00
B
0,45 C
D 1 500
00
0,4 200000

Déplacement, en mm
Déplacement, en mm

Effort
0,35
0,8 400
00

Effort, en N
Effort, en N
0,3 150000

0,25 0,6 300
00

0,2 100000
0,4 200
00
0,15
B
0,1 50000 C
0,2 100
00
D
0,05
E rt
ffo
0 0 0 0
0 1000 2000 3000 4000 5000 0 10
0 20
0 30
0 40
0 50
0 60
0

Temps, en s T ms e s
e p, n

Acrylique modifiée Polyuréthane



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
-30% principalement dans le bois.
- Cas acrylique: rupture
-30%
cohésive bois.



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)



Merci pour votre attention

CETE de Lyon - DL Autun
Boulevard Bernard Giberstein
71404 Autun
Tél. +33 (0)3 85 86 67 41
Fax. +33 (0)3 85 86 67 79
georges.youssef@developpement-durable.gouv.fr


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