Comportement de l’adhésif époxy
Sommaire
6.1 Caractérisation expérimentale de l’adhésif . . . . 48 6.1.1 Description des éprouvettes . . . . 48 6.1.2 Essai de traction simple . . . . 48 6.2 Lois de comportement de l’adhésif . . . . 51 6.3 Implémentation dans des codes de calculs . . . . 51
6.1 Caractérisation expérimentale de l’adhésif
L’adhésif a été caractérisé, à l’état massique, en traction sur des éprouvettes haltères. Ce type d’essais permet de déterminer les capacités du matériau et non des interfaces dans le cas du collage. Il est important de noter qu’il peut exister une controverse quant à la pertinence des essais sur matériaux à l’état massique, qui fonctionnent pourtant sous forme de joints minces. Dans le cas du collage en génie civil, nous considérons que les épaisseurs de l’adhésif sont suffisamment importantes (supérieures à un demi millimètre) afin de pouvoir corréler les propriétés des matériaux à l’état massique à celles des joints de colle.
6.1.1 Description des éprouvettes
6.1.1.1 Matériau utilisé
Tous les corps d’épreuve ont été réalisés avec le même produit de collage. Il s’agit d’une colle Epoxy de type SIKADUR 30. C’est une colle époxydique thixotrope à deux composantes. Conformément à la norme NF P 18-870, elle peut être utilisée comme produit de collage structural en classe 1. C’est une colle bi-composants : le premier (noté A) est la résine, le second (B) correspond au durcisseur. Le dosage est de un pour trois.
Cette résine possède de nombreux avantages. Tout d’abord, elle possède une très forte adhérence sur la plupart des supports (béton, mortier, pierres, acier ...), supérieure à 4 MPa. Elle est imperméable aux liquides et à la vapeur d’eau. Son durcissement est rapide : au bout de 48 heures, à 20 degrés, ses caractéristiques mécaniques sont proches de leur maximum. Sa mise en oeuvre et le mélange sont faciles.
La notice technique de la SIKADUR 30 précise que le module d’élasticité classique est de 12300 MP a, sa résistance mécanique en compression (à 20 degrés) est de 70 MP a.
6.1.1.2 Géométrie des éprouvettes
Afin de réaliser des essais de traction simple sur l’adhésif, nous utilisons des éprouvettes haltères, dont les dimensions sont données sur la figure 6.4(a).
6.1.1.3 Réalisation des éprouvettes
La première étape de mise en oeuvre a consisté à fabriquer des moules en silicone aux dimensions des éprouvettes désirées. Lorsque ces derniers sont prêts, la résine est mélangée au durcisseur. Le mélange a eu lieu à la main à une température ambiante (environ 25 degrés) jusqu’à obtenir un mélange totalement homogène. Le démoulage a eu lieu après sept jours.
6.1.1.4 Instrumentation
Durant les essais, outre la force, on mesure la déformation longitudinale de toutes les éprouvettes, dans la zone centrale de l’éprouvette au moyen d’une jauge de 10 mm de longueur de grille. Sur chacune des éprouvettes 4 et 5 ont été rajoutées une jauge de longueur de grille de 5 mm selon l’axe longitudinal et une jauge de longueur de grille de 5 mm selon l’axe transversal pour l’estimation du coefficient de poisson.
6.1.2 Essai de traction simple
6.1.2.1 Description de l’essai
Les essais de traction ont été réalisés avec une machine de traction pilotée en déplacement imposé. Les conditions d’essais sont les suivantes :
– serrage des éprouvettes au moyen de mors
– mesure des déformations au moyen de jauges d’extensométrie – mesure de l’effort appliqué jusqu’à la rupture
Le montage est présenté sur la figure 6.1(b). Les essais de traction sont conduits en suivant la norme ISO 527 − 2.
6.1. Caractérisation expérimentale de l’adhésif 49
(a) Géométrie des Haltères (norme NF EN ISO 527-2, épaisseur 4 mm)
(b) Montage de l’essai de traction réalisé sur éprouvettes haltère
Figure 6.2 – Evolution des contraintes en fonction des déformations pour les 5 éprouvettes testées (pour les éprouvettes 4 et 5 qui ont été instrumentées par deux jauges longitudinales, les valeurs exposées ici sont celles issues de la mesure sur la jauge de 10 mm de longueur)
6.1.2.2 Résultats expérimentaux
Précisons en premier lieu, que les résultats de l’éprouvette numérotée 6 ne pourront être exploités à cause d’une erreur d’acquisition.
Pour chacune des éprouvettes, la rupture a été fragile, à différentes valeurs de charge qui sont présentées dans le tableau 6.1 (contrainte maximale en traction) .
La figure 6.2 présente les contraintes déterminées à l’endroit de la rupture, en fonction des déformations mesurées par les jauges longitudinales pour chacune des éprouvettes testées. On peut observer que les courbes ne sont pas toutes superposées.
On peut distinguer trois phases de comportement pour chacune d’entre elles que l’on choisit de définir de la façon suivante. La première phase correspond à la phase où la rigidité est la plus importante. Ce résultat est très certainement dû à la présence de la jauge collée sur l’éprouvette. La seconde phase est linéaire. La rupture apparaît de façon soudaine lors de la troisième phase : elle est fragile. Le tableau 6.1 présente une synthèse des résultats obtenus à chaque phase. La contrainte mesurée (rapport de l’effort imposé sur la section) à la fin de l’essai au niveau de la zone de rupture est voisine de 30 MP a pour les trois éprouvettes. De plus, on constate que les modules de Young mesurés sont assez proches. Lors de la dernière phase, ils sont voisins de 13 GP a. En ce qui concerne le calcul du coefficient de poisson, comme le montre le tableau 6.1, les valeurs obtenues sont assez différentes. Nous avons du mal à savoir qu’elle serait la valeur à prendre en compte. Rappelons que (Si Larbi et al., 2007) a trouvé sur le même adhésif 0, 34 : nos valeurs sont assez proches.
De plus, les contraintes maximales obtenues avec les éprouvettes 4 et 5 sont largement inférieures à celles obtenues avec les trois premières. Chaque éprouvette a pourtant une allure à peu près similaire. De légers défauts sont présents sur les 5 éprouvettes. Nous ne savons expliquer cet écart.
Nous considérons que l’adhésif a un comportement élastique linéaire fragile car expérimentalement on s’en rapproche. Le module de Young que nous retiendrons sera proche de 13000 MP a. La contrainte à rupture en traction vaut en moyenne 30 MP a. Notons que les valeurs que nous avons trouvé sont à peu près équivalentes à celles obtenues par (Si Larbi et al., 2007). Aussi, la fiche technique de SIKADUR30
fournit comme résistance moyenne en traction (à 7 jours) entre 24 et 27 MP a (à 15oC) et entre 26 et
31 M P a (à 35oC). Le module de Young donné est d’environ 11300 M P a ce qui est légèrement inférieur
à nos valeurs. Nous ne connaissons pas sa valeur de ruine en cisaillement. Sur la fiche technique elle a