Analyse des résultats

Tout comme (Si Larbi et al., 2007) et (Berthet et al., 2011), nous avons observé que le comportement des éprouvettes push-out était de type élastique fragile, lorsque la mise en oeuvre a été soigneusement établie (ce qui n’a pas été le cas pour la série P O0). De la même manière, la rupture de type cohésive s’est localisée dans le béton à quelques millimètres du joint de colle.

N’ayant pas fait d’analyses microscopiques, nous ne pouvons définir exactement où a eu lieu la rupture. Plusieurs auteurs ((Backelandt, 2005) et (Gonzalez, 2006)) ont effectivement montré que la zone inter-faciale entre la résine et la pâte de ciment dans un assemblage pouvait être décrite comme une zone complexe qui comprend :

– le polymère massique avec des propriétés homogènes

– une interphase polymère présentant un gradient de propriétés de quelques dizaines de microns d’épaisseur

– une zone de transition caractérisée par la pénétration de la résine dans le réseaux poreux de la pâte de ciment

Cette structure multicouche qui a été identifiée est susceptible d’affecter la transmission des efforts mécaniques entre le support cimentaire et l’adhésif.

Dans les analyses qui ont été faites, les auteurs énoncés ci-dessus ont étudié l’influence des propriétés physico-chimiques de la zone de transition entre les deux substrats (par des essais de clivage constitués de ciment à pâte durcie et de systèmes époxydique). Ainsi, l’amorce et la propagation de la rupture se déroule dans le substrat lorsque la résine est dépourvue de plastifiant alors que dans le cas inverse, elle est cohésive dans la zone mixte c’est à dire dans la région du substrat cimentaire qui est pénétrée par la résine.

Ces résultats ne peuvent pas directement être utilisés étant donné que l’étude a porté sur des pâtes de ciment durcie et non pas sur des bétons (ciment + granulat). Il est quasiment évident que les granulats vont influencer la microstructure de l’interface : on peut penser que le volume poreux accessible à la résine sera réduit (Gonzalez, 2006). En tout cas, très certainement que cette interphase joue un rôle sur la ruine des assemblages, son étude ne fait pas partie de notre travail.

Par ailleurs, les résultats expérimentaux obtenus ont montré une assez forte disparité : la longueur de collage semble avoir une influence sur la contrainte moyenne à rupture (notamment dans le cas des dallettes de 300) mais aussi les dimensions des dallettes. Il est effectivement apparu que les charges de ruine obtenues dans le cas des 300 mais aussi pour P O1_200 étaient très largement supérieures à la limite en traction du béton contrairement aux autres spécimens pour lesquelles les charges de ruine cor-respondent ou sont même inférieures à ft. Citons plusieurs pistes pour essayer d’expliquer ces résultats : Un effet de frottement favorable pourrait en être à l’origine. En sous-face des dallettes entre le béton et

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(a) Déformations dans l’acier

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(b) Déformations dans le béton

9.5. Synthèse 83 le plateau de la presse, l’existence de composantes horizontales pourraient induire non plus uniquement des composantes de cisaillement autour du joint de colle (comme ce qui était visé) mais des composantes de compression/cisaillement, ce qui devient plus favorable. Cette hypothèse va dans le sens de l’aug-mentation de la contrainte ultime en fonction de la longueur de collage. Néanmoins, pourquoi (Si Larbi et al., 2007) n’a pas obtenu ces résultats (ces auteurs ont eu recours à un béton à hautes performance avec une limite en compression d’environ 67 MP a et en traction évaluée entre 4 et 5 MP a. Ils ont calculé que la contrainte moyenne de cisaillement à rupture de l’éprouvette push-out était comprise entre 5, 0 et 5, 9 MP a) alors que les dimensions des éprouvettes qu’ils ont testées sont identiques ? Une autre hypothèse repose sur un effet de confinement du joint de colle par le béton qui deviendrait donc de plus en plus favorable (voir la thèse de (Thomann, 2005)).

Aussi, on peut penser qu’étant donnée que la microstructure d’un béton de type C25/30 est différente de celle d’un BHP , les interactions qui ont lieu entre la matrice cimentaire et la résine ne sont pas identiques dans la région proche de l’interface (zone de transition plus ou moins importante, résistance du béton différente ... ). (Backelandt, 2005) et (Gonzalez, 2006) ont montré que la résistance mécanique des assemblages qu’ils ont testés était fortement dépendante des propriétés physico-chimiques de la zone de transition entre les deux substrats. Pour un faible rapport e/c (e pour eau et c pour ciment), comme c’est le cas du BFUP (e/c = 0.3), la zone de transition est plus faible que pour un béton comme celui que nous avons utilisé (e/c vaut environ 0.5). Supposons alors que dans le cas du BHP la ruine cohésive a lieu dans le béton : la résistance correspond alors à la limite en traction de ce matériau. La zone de transition étant plus importante dans le cas d’un béton de type C25/30, on pourrait supposer que la rupture est justement initiée dans cette région : la résistance d’une telle zone est plus importante. Ce ne sont que des hypothèses : elles ne sont justement pas vérifiées et nécessiteraient des études microsco-piques que nous n’avons pas menées.

Concernant l’importante disparité de nos résultats, nous avons remarqué que l’écart type pouvait at-teindre jusqu’à 50 % de la moyenne et ce plus les dimensions des dallettes sont faibles : cela laisse suggérer une plus grande sensibilité aux défauts de mise en oeuvre, de géométrie ...

(Berthet et al., 2011) ont montré grâce aux mesures des déformations sur la plaque d’acier que les déformations évoluaient le long des surfaces collées, nos résultats tendent vers la même conclusion mais doivent être confirmés (seule l’éprouvette P O3_300_2 instrumentée par deux jauges de déformations sur l’acier a aboutit à des résultats exploitables).

Afin d’enrichir les résultats de la littérature nous avons montré que les dimensions de la surface de collage et des dallettes de béton avaient une influence sur la charge de ruine des éprouvettes push-out (résultat déjà en partie montré par (Berthet et al., 2011)). Pour certaines dimensions des dallettes de béton (P O _300 notamment et P O _200 dans une moindre mesure) augmenter la longueur de collage permet d’augmenter la résistance de l’assemblage. Par contre, lorsque les dallettes ont pour dimensions

100 · 150 · 100 mm³, la résistance des push-out est clairement plus faible que la résistance même du

béton en traction. Une plus grande possibilité de défauts et l’absence de frottement pourraient expliquer ces résultats ?

Il est clair que de nombreuses interrogations persistent et doivent être éclairées.

9.5 Synthèse

Les résultats des essais nous amènent aux conclusions suivantes :

– Le nombre de corps d’épreuve doit être augmenté à 5 voire 6 et les dallettes rectifiées.

– La contrainte de cisaillement moyenne à rupture dépend de la taille des dallettes et de la longueur du joint de colle.

– L’exploitation des essais push-out en terme de contrainte moyenne à rupture en vue de dimen-sionnement de poutres n’est, à ce jour, pas possible.

Des questions sont encore à ce jour sans réponse sur la caractérisation des connexions acier-béton collées par essais push-out. Des études expérimentales complémentaires doivent avoir lieu. Elles doivent notamment vérifier quelle est l’influence de la rectification des éprouvettes (afin d’analyser l’incidence du frottement) et de la hauteur libre sur leur comportement.

Les simulations numériques du chapitre 11 va nous permettre d’approfondir certains aspects. Outre la comparaison des déformations, des glissements et des charges de ruine, nous allons en

particulier étudier si le frottement du plateau de la presse/dallette et si la hauteur libre sous le profilé ont une influence significative sur les résultats.

10

Comment modéliser le comportement de

l’essai Push-out

Sommaire

10.1 Modèles analytiques . . . . 86 10.2 Modélisation par éléments finis . . . . 86 10.2.1 Méthode avec éléments finis classiques . . . . 86 10.2.2 Modélisation avec des éléments finis spéciaux . . . . 87 10.3 Synthèse . . . . 92

La modélisation d’un joint collé a fait l’objet de nombreuses études, notamment dans le cas d’as-semblages simple et double recouvrement. L’objectif de ces études est de déterminer les contraintes et les déformations dans le substrat et l’adhésif. Dans le cas du push-out, le comportement global expéri-mental (comme l’a montré le chapitre précédent) est élastique et la rupture brutale a lieu dans le béton, à côté de l’interface.

La difficulté de telles modélisations repose sur le fait que nous devons prendre en compte le comporte-ment non linéaire du béton notamcomporte-ment et le maillage au niveau de la zone de rupture doit être le plus fin possible.

10.1 Modèles analytiques

Une des premières études qualitative qui considère seulement le cisaillement de l’adhésif et le sub-strat rigide est une simplification qui est trop forte pour l’étude des joints collés, elle ne peut être acceptable. Les premières études datent de la première moitié du vingtième siècle. On peut citer les travaux de (Volkersen, 1938), (Goland and Reissner, 1944) et ceux de (Hart Smith, 1973). Seulement, les procédés de résolution sont généralement trop simplificateurs car limités au domaine de comportement élastique. La dimension des matériaux peut aussi poser problème. Dans le cas où l’on modélise un IPE par exemple, comment prendre en compte sa section ?

(Bigwood and Crocombe, 1990) ont développé un modèle analytique capable de prendre en compte le comportement non linéaire des matériaux. Ces méthodes analytiques sont complétées par des études expérimentales qui permettent d’évaluer la réponse en déformation du joint ainsi que sa résistance. Cependant, ces procédés de résolution nécessitent des hypothèses souvent trop simplificatrices. La dis-tribution des contraintes normales et d’arrachement est considérée constante à travers l’épaisseur de l’adhésif.

Les méthodes numériques avec la technique des éléments finis, de plus en plus utilisée, permet d’éviter les limites des méthodes analytiques présentées ci-dessus. On peut déterminer précisément la distri-bution des contraintes et déformations dans le joint pour des géométries quelconques, en prenant en compte le comportement des matériaux de façon plus précise.