3,5 3,0 ? o 2,0 1,5 1,0 o s~ - 7 = 20% -?- 7 = 50% -? 7 = 80% 2 3 4 Fréquence (Hz) (a) Geq 14 12 10 -*- 7 = 20% ¦*¦ 7 = 50% -+- 7 = 80%
-U
2 3 4 Fréquence (Hz) (b) U3.4.4
Influence du taux de compression initial
Le protocole expérimental initial pour la détermination de l'influence d'un taux de compression prévoyait les essais à 0%, 5% et 10% de déformation en compression des échantillons S5-2, Cl-2 et Cl-7 (aux trois taux de cisaillement normaux). La comparaison
des résultats sur ces trois échantillons aurait dû suffire à tirer des conclusions quant à l'in-
térêt d'une précontrainte de compression sur les amortisseurs. Mais la découverte d'une
influence de l'historique de chargement des échantillons a rendu impossible la comparaison de l'essentiel des essais de caractérisation menés : les résultats des essais sans compres-
sion avaient été repris des essais d'influence du taux de déformation ou de la fréquence (donc pour un matériau vierge), tandis que les essais avec une compression donnée ont été effectués en dernier (donc pour un matériau déjà déformé). Seul l'échantillon Cl-7
(lot 2 déformé) pour lequel des essais ont été repris et ajoutés pour étudier l'influence
de l'historique de chargement fournit des résultats suffisants pour avoir une idée de l'ef- fet de la compression. En particulier, un essai à 2.5% de compression a été ajouté. Lesrésultats de ces essais sont donnés aux tableaux 3.3a et 3.3b. On note une tendance du
taux de compression à augmenter légèrement le module de cisaillement équivalent, et cette influence semble être plus marquée aux grandes -déformations qu'aux petites : entre 2.5%
et 10% de compression, on note 11% d'augmentation de rigidité pour les essais à 20% de
cisaillement, et 16% d'augmentation pour ceux à 80% de cisaillement. Cette influence est reconnue dans le domaine de l'isolation sismique où les isolateurs en caoutchouc naturel sont soumis aux fortes charges verticales des bâtiments. L'influence du taux de compressionsur l'amortissement mesuré ne semble, quant-à-elle, pas significative.
Les résultats précédents nécessiteraient évidemment une investigation plus poussée et surtout des essais bien plus nombreux pour tirer des conclusions fiables. Cependant, ces premiers résultats ne semblent pas indiquer un grand intérêt à l'ajout d'une précontrainte de compression artificielle au moment de l'installation des amortisseurs. De plus, les charges de compression nécessaires pour atteindre des taux de compression significatifs
sont très élevées : pour iU7o de compression, le venn vertical ae wvkiv eran a sa capaci Le maximale.
3.4.5
Influence de l'historique de chargement
Suite aux essais menés sur les échantillons S5-2, Cl-2 et Cl-7 pour l'étude d'influence du taux de déformation, de la fréquence d'excitation, et du taux de compression, l'analyse des premiers résultats a dévoilé d'importantes différences entre les échantillons vierges de
Tableau 3.3 - Influence du taux de compression (échantillon Cl-7, lot 2 déformé)
(a) Module de cisaillement Geq (MPa)
sc 0% 2.5% 5% 10%
cisaillement 20% 2.624 2.586 2.746 2.870 cisaillement 50% 1.763 1.847 2.045 cisaillement 80% 1.574 1.670 1.815
(b) Taux d'amortissement Çeq (%)
ec 0% 2.5% 5% 10%
cisaillement 20% 14.08 13.76 14.1.5 14.52 cisaillement 50% 12.28 12.80 12.64 cisaillement 80% 10.26 10.71 10.93
tout essai à grande déformation et les échantillons déjà excités à des taux de déformation importants. Cette dépendance des paramètres viscoélastiques équivalents avec l'historique
de chargement prend le nom de scragging dans la littérature. Elle a ensuite été prise en
compte avec la distinction des résultats des essais sur des matériaux "vierges" (jamais déformés à des taux supérieurs à celui de l'essai en cours) et sur des matériaux "déformés" (déjà déformés à au moins 80%). Le protocole expérimental a été ajusté en conséquence
afin d'obtenir des informations sur les échantillons restant dans leur état vierge et déformé, mais les essais manquant sur les trois premiers échantillons n'ont pas été repris par manque de temps.
Les points et courbes de tendance du lot 2 vierge et du lot 2 déformé des figures 3.8a
et 3.8b illustrent très clairement l'influence de l'historique de chargement sur les proprié-
tés mécaniques du F80 : une réduction importante de la rigidité et un gain significatif d'amortissement après une grande déformation préalable. Cette influence de l'historique de chargement peut se justifie par la cassure, voire la plastification, de certaines liaisons internes au matériau après avoir subi une déformation importante. Dans le cas du matériau F-80 choisi, le phénomène est amplifié, selon toute vraisemblance, par le comportement mécanique des fibres ajoutées au F80. Le tableau 3.4 donne la réduction de rigidité et l'augmentation d'amortissement calculé sur le lot 2 en passant du matériau vierge au ma-
tériau déformé en fonction du taux de cisaillement. Le phénomène est très prononcé aux
faibles taux de déformation, et reste significatif jusqu'à environ 70% ou 80% de déforma- tion pour le module de cisaillement et jusqu'à environ 40% ou 50% de déformation pour le taux d'amortissement. Les différences s'estompent naturellement aux grands taux de
déformation en cisaillement pour lesquels il devient difficile de faire la distinction entre
un matériau "vierge" ou "déformé". Il est donc convenable de considérer qu'à 80% de
déformation le matériau est toujours dans son état déformé.
Tableau 3.4 - Influence de l'historique de chargement (4Hz) sur le lot 2 : passage d'un
matériau vierge à un matériau déformé
7 5% 10% 15% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
Geq (%) -28.3 -23.3 -20.2 -17.9 -14.6 -12.1 -10.2 -8.6 -7.2 -6.0 -4.9 -3.9 £eq (%) +17.0 +13.4 +11.3 +9.9 ~7.9 +6.5 +5.4 +4.5 +3.8 +3.2 +2.6 +2.2
Le phénomène de dépendance à l'historique de chargement a été étudié plus en détail sur l'échantillon Cl-4. L'objectif était en particulier de déterminer pour des taux de dé- formation de 5%, 20% et 50% le taux de déformation préalable nécessaire pour considérer
le matériau dans son état déformé. Pour cela, l'échantillon a été soumis à un historique
de chargement itératif : toute la plage de déformation définie pour l'étude du taux de déformation a été balayée, et les essais à 5%, 20% et 50% de déformation ont été répétés immédiatement après tout nouvel essai de caractérisation à un taux de déformation su-
périeur (par exemple, les essais à 50% ont été répétés après ceux à 60%, 70%, et 80%).
Le récapitulatif des essais et de leurs résultats est donné aux tableaux 3.5a et 3.5b. Les figures 3.10a et 3.10b présentent graphiquement l'évolution des propriétés viscoélastiques à 5%, 20% et 50% déformation en cisaillement en fonction du taux de déformation subi auparavant. On remarque que les propriétés mécaniques à 5% de cisaillement se stabilisentaprès avoir subi une déformation préalable d'environ 50%. Les propriétés à 20%, elles, de-
viennent stables après des déformations préalables d'environ 50% pour l'amortissement et 70% pour le module de cisaillement. Les propriétés à 50% de déformation en cisaillement cessent d'évoluer, elles, après environ 70% de déformation préalable. Les séries de points des deux graphiques, rigidité et amortissement, à 5% et 20% de déformation présentent deux points singuliers. Ils correspondent à des mesures effectuées après une déformation préalable de 50% et un repos d'environ 12 heures laissé au matériau. On note après ce repos une récupération partielle des propriétés vierges du matériau. Le phénomène de dépendance des propriétés à l'historique de chargement semble donc être réversible. La réversibilité du phénomène pourrait également s'expliquer par le retour à la température ambiante de la partie centrale de l'échantillon testé. En somme, il sera nécessaire d'étu- dier avec précision ce phénomène de réversibilité afin d'en comprendre la provenance et le' Tableau 3.5 - Influence de l'historique de chargement (échantillon Cl-4)
(a) Module de cisaillement Gef¡ (MPa) Déformations antérieures
7 5% 20% 30% 40% 50%+ 50% 60% 70% 80% 100%
cisaillement 5% 5.860 5.121 4.814 5.3.14 4.726 4.770 4.766 4.825 4.638 cisaillement 20% 3.494 3.123 2.892 3.005 2.880 2.816 2.696 2.761 2.643
cisaillement 50% 2.269 2.084 1.958 1.928
1 Matériau laissé au repos 12h.
(b) Taux d'amortissement £eg (%) Déformations antérieures
7 5% 20% 30% 40% 50%+ 50% 60% 70% 80% 100%
cisaillement 5% 15.21 15.77 15.94 15.05 16.05 16.16 15.51 15.54 15.27 cisaillement 20% 11.93 13.07 13.32 13.38 13.34 13.52 13.44 13.24 13.50
cisaillement 50% 10.46 11.32 11.68 11.36
+ Matériau laissé au repos 12h.
Dans la suite du projet, le dimensionnement des amortisseurs sera effectué à partir des propriétés viscoélastiques équivalentes du lot 2 pour un matériau vierge (suivant la loi ex- périmentale 3.7). Dans la pratique, les amortisseurs ne devraient en effet avoir subi aucune déformation importante avant de subir un séisme. De plus, sachant que le point de fonc- tionnement se situera toujours au-dessus de 50 % de déformation afin de limiter le volume de caoutchouc utilisé, il n'y a pratiquement plus de différence entre un matériel vierge et
déformé, donc la considération d'un matériel vierge n'est pas un critère déterminant.