Les conditions limites de chargement

Deux configurations d’éprouvettes coexistent au sein de la littérature pour caractériser la résistance élémentaire des goujons collés en arrachement : pull-pull et pull-compression. Les assemblages sont au cours de leur vie soumis à des chargements mécaniques, mais aussi thermiques et hydriques agissant sur le comportement des assemblages à court et long terme.

I.2.3.1. Les configurations d’éprouvettes (pull-pull, pull-compression)

À ce jour, il n’existe pas de protocoles d’essais normalisés pour les assemblages goujons collés. Deux dispositifs (figure I-11) se sont néanmoins démocratisés pour évaluer la résistance à l’arrachement des goujons. Les spécimens testés en configuration pull-pull sont sollicités en traction pure sans contraintes appliquées aux éléments bois. En configuration pull-compression, la face supérieure des éléments en bois est en quasi- totalité contrainte et bloquée.

Figure I-11 : 1/ Eprouvette pull-pull, 2/ Eprouvette pull-compression

L’éprouvette pull-pull est la configuration la plus représentée au sein des études et reflète mieux la réalité que la configuration pull-compression. Elle permet par ailleurs de récupérer des informations sur deux goujons pour une même éprouvette (résistance résiduelle du côté survivant [40], raideur supplémentaire). La configuration pull- compression est de son côté plus pénalisante [17].

I.2.3.2. La température

Le comportement des goujons collés exposés à la chaleur est source de nombreuses interrogations et méfiances auprès des professionnels, freinant l’utilisation de ces assemblages. Dans la littérature, les assemblages goujons collés sont souvent introduits comme étant efficaces en terme de stabilité incendie. Grâce à la faible

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cinétique de carbonisation du bois, les flammes peuvent difficilement atteindre les tiges et les joints. Néanmoins, l’assemblage n’est pour autant pas protégé des hausses de température. Des essais et simulations numériques [14], [15] démontrent que la température du joint de colle suit celle du régime extérieur de température avec un faible déphasage et amortissement limité (figure I-12).

Figure I-12 : Evolution de la température dans un goujon collé, extrait de [15]

Les adhésifs ont une sensibilité avérée à la température. Elle est caractérisée par Tg, température de transition vitreuse. Définie pour des matériaux amorphes, cette

température identifie la zone dans laquelle le matériau passe d’un état solide/rigide à un état visqueux/caoutchouteux (phénomène réversible). Exposés à la chaleur et composés d’un matériau sensible à la température, les assemblages aussi sont affectés [16], [41] : des pertes de raideur et de résistance significatives sont observées [26], [28] dès 40°C (figure I-13) pour une température critique associée à Tg.

Figure I-13 : Courbes force-déplacement d'essais de traction sous sollicitation thermique, résine EPR, extrait de [23]

Section bois : 115 x 115 mm Goujon : M24

Chapitre 2 : Approche expérimentale

a) T = 30°C b) T = 40°C

FIG. 2.36 – Essais en température (Epicéa – EPR) : faciès de rupture des assemblages

d) Comportement mécanique :

Sur la FIG. 2.37, les courbes médianes, déterminées à partir de la charge ultime, pour chaque série de température sont présentées et comparées aux essais à 20°C. Les courbes force-déplacement effectif révèlent une différence de comportement mécanique des assemblages collés avec la résine EPR selon la température de sollicitation.

FIG. 2.37 – Essais en température (Epicéa – EPR) : courbes médianes force-déplacement

D’une part, l’analyse de ces courbes révèle une baisse significative de la raideur initiale effective à partir de 40°C. D’autre part, l’augmentation en température accroît le comportement ductile de l’assemblage, et une baisse manifeste de la résistance en cisaillement est observée entre 40°C et 60°C. Les valeurs moyennes des raideurs et des contraintes de cisaillement en fonction de la température de consigne sont données dans le TAB. 2.24. La valeur grisée entre parenthèses est le coefficient de variation des résultats.

0 4 8 12 16 0 0,5 1 1,5 2 2,5 ch a rg e (k N) déplacement effectif (mm) 20 C 30 C 40 C 60 C 80 C

I.2.3.3. L’humidité

Le bois est un matériau orthotrope poreux et chimiquement actif en présence d’eau. Il présente un comportement mécanosorptif prononcé [42] (figure I-14). Les retraits et gonflements des pièces génèrent des contraintes internes dans les éléments et peuvent être à l’origine de phénomènes de fissuration. Afin de limiter les risques de perte d’adhésion, l’utilisation des goujons collés se limite donc généralement aux classes de services 1 et 2.

Les assemblages à base de colle EPX sont peu sensibles à l’humidité [28], [43], aucune perte de propriétés mécaniques n’est constatée en dessous de 22% d’humidité dans le bois. Pour des taux d’humidité d’équilibre supérieurs, la résistance diminue toutefois. Lors de longues expositions à des variations de climat, une étude [5] annonce même des pertes de résistance pouvant s’élever à 50% de la résistance à court terme.

Figure I-14 : Représentation schématique du comportement mécanosorptif du bois, construit à partir de [42]

I.2.3.4. Les chargements temporels

Il existe quatre grands types d’essais mécaniques en fonction du temps : la durée de vie, le fluage, la relaxation et la fatigue. Les essais en durée de vie sont focalisés sur le temps nécessaire pour arriver à la rupture de l’assemblage sous chargement constant, par palier ou rampe [44]. Ils sont utilisés dans les Eurocodes pour définir le facteur modificatif kmod. Le fluage et la relaxation étudient, de leur côté, l’évolution des

déformations sous chargement et sont utilisés pour définir le coefficient de déformation kdef.

Très peu de données sont disponibles dans la littérature concernant le comportement à long terme des assemblages goujons collés. La durée de vie

Temps Dé fo rm at io ns

Fluage sous cycles d’humidité Fluage à 93% HR Rupture du spécimen 3/8 Fmax 3/8 Fmax 1/8 Fmax

d’assemblages EPX, PUR et PRF est néanmoins étudiée dans [28] et dans le projet GIROD [45]. Elle révèle que les connexions à base de résine EPX se comportent comme des éprouvettes purement en bois. Ceux à base de PRF ne démontrent pas de grandes sensibilités à la chaleur. Les spécimens PUR subissent en revanche les effets de la température et de l’humidité avec des pertes de résistance à court terme et des effets de durée de vie accélérés.

Quelques résultats d’essais de fluage sont présentés dans [46] (figure I-15) pour deux résines EPX chargées mécaniquement à 20% en régime de température et humidité contrôlés (20°C, 30°C, 40°C, 50°C, 65%, 75%, 85%, 95% RH). Après une première phase de fluage primaire (rapide), les déformations des éprouvettes se stabilisent pour atteindre un plateau (fluage secondaire). Jusqu’à un seuil critique, l’augmentation des températures amplifie les déformations. Si le chargement thermique est trop sévère, les éprouvettes arrivent à la rupture sans se stabiliser.

Figure I-15 : Exemple de fluage pour un adhésif EPX, extrait de [44]