Les caractéristiques mécaniques retenues pour la simulation sont données par le tableau 11.1. Par ailleurs, nous supposons la colle isotrope.
E (MPa) G (MPa) fu (MPa) ν
13000 4850 30 0.34
(a) Caractéristiques retenues
&RQWUDLQWHV 03D 0LFURGpIRUPDWLRQV
(b) Loi de comportement élastique linéaire
Figure 6.4 – Comportement de l’adhésif époxy utilisé
– le module de young défini en MP a – le coefficient de poisson
– la masse volumique
Synthèse de l’analyse du comportement
des matériaux
L’objectif de cette partie a été de caractériser le comportement des différents matériaux qui consti-tuent les assemblages et structures étudiés dans les parties suivantes. Pour cela, des essais de traction ont été conduits au laboratoire sur des aciers (IPE ou barres HA) de même nuance que ceux issus des éprouvettes push-out et des poutres testées. Nous avons constaté que les caractéristiques de la semelle et de l’âme constituant l’IPE ne sont pas strictement identiques et devront être prises en compte par la suite. L’adhésif qui est employé dans cette étude est un époxy : il a été caractérisé en traction. Le béton standard de type C25/30 utilisé par la suite a été caractérisé en traction et en compression. Premièrement, nous avons défini un béton dit de référence, pour lequel nous avons effectué des essais de compression sur éprouvettes instrumentées par des jauges de déformation. Le comportement en com-pression est complètement défini. Ensuite, pour chaque essai de structure ou d’assemblage des essais de traction et de compression ont été effectués sur béton (même composition que le béton de référence) issu de la même gâchée. Nous avons constaté que quelques disparités existaient mais nous connaissons les caractéristiques mécaniques de chacun.
Le second volet de cette analyse porte sur la modélisation du comportement de ces matériaux.
Nous considérons pour la suite du travail que l’acier suit une loi de comportement de type élastique plastique écrouissable avec un critère de Von Mises (pour les deux approches). L’adhésif époxy sera modélisé par une loi de type élastique isotrope jusqu’à rupture.
Pour le béton, en 1 D, nous avons identifié la loi de Sargin et la loi de Carreira et Chu comme étant capables de reproduire le comportement adoucissant en compression. En traction, lorsque la contrainte ultime (ft) est atteinte, l’état de contrainte est considéré comme étant nul. Par la méthode aux éléments finis en 2 et 3 D, nous utiliserons un modèle d’endommagement pour décrire le comportement du béton. Nous avons exposé différents modèles et retenons un modèle d’endommagement isotrope capable de reproduire la perte de rigidité du matériau due à la fissuration et un modèle de couplage endommage-ment plasticité qui prend en compte à la fois la perte de rigidité du béton mais aussi l’irréversibilité des déformations et l’adoucissement post-pic.
Troisième partie
Les essais de caractérisation de la
connexion par collage
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Introduction
Nous étudions dans ce travail le cas de la connexion par collage du béton et de l’acier essentiellement pour des applications structurelles en flexion trois ou quatre points. Avant cela, il convient de caractériser précisément la connexion afin de déterminer précisément la résistance de l’adhésif utilisé en situation réelle. La présente étude se décompose en plusieurs étapes :
– En premier, nous définissons quel essai est le plus approprié pour la caractérisation de la liaison par collage de l’acier et du béton par un adhésif époxy. Dans le cas de poutres sollicitées en flexion, nous savons que le joint de colle est sollicité essentiellement en cisaillement. Nous devons donc utiliser un essai de caractérisation qui se rapproche le mieux de cette application. Pour se faire nous exposons les différents types d’essais disponibles dans la littérature et sélectionnons celui qui se rapproche le mieux de l’objectif visé.
– La seconde phase de cette analyse porte sur la caractérisation de la connexion. Pour cela, une campagne expérimentale est menée avec pour objectifs de définir les paramètres technologiques du procédé mais aussi mécaniques.
– Le dernier volet de cette analyse porte sur l’analyse numérique de cet essai de caractérisation. Pouvons nous construire une modélisation fiable, capable de décrire le comportement observé de ces essais et notamment la ruine ? Aussi, nous étudierons l’influence que peuvent avoir les caractéristiques géométriques et mécaniques sur le comportement de cette connexion par collage.
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Les différents types d’essais d’assemblage
Sommaire
8.1 Les essais massiques . . . . 60 8.2 Les essais de cisaillement . . . . 60 8.2.1 Les essais de type simples et doubles recouvrements . . . . 60 8.2.2 Les essais de poussée dits "push-out" . . . . 61 8.3 Les essais de torsion . . . . 63 8.4 Les essais de traction . . . . 64 8.5 Les essais de traction / cisaillement . . . . 64 8.6 Bilan . . . . 66
Dans le cas de la connexion collée acier-béton notamment, il n’existe à ce jour pas de normes qui soit imposée. On peut donc se demander quels sont les essais qui existent afin de caractériser la connexion entre deux matériaux ? Dans une poutre mixte , la connexion est sollicitée en traction/cisaillement. Il s’agit donc de trouver un essai qui puisse approcher le plus fidèlement possible le comportement de l’assemblage.
L’objectif d’un assemblage collé est de tester leurs propriétés mécaniques et donc la résistance des adhésifs en situation réelle. Le choix qui est fait de la géométrie correspond à un compromis entre la simplicité d’élaboration, le type de sollicitations envisagé et la nature des résultats souhaités. Le choix du type d’assemblage peut aussi être dicté par l’utilisation soit d’une méthodologie plutôt industrielle ou plutôt standardisée. L’évolution de la performance d’un assemblage collé se fera ici par des tests dits destructifs pour lesquels il s’agit de mesurer un paramètre de type force, déplacement ou déformation jusqu’à la rupture. La paramètre qui y est mesuré est donc représentatif de l’adhérence dans le cas d’une rupture adhésive ou des propriétés propres au matériau dans lequel a lieu la rupture dans le cas d’une rupture cohésive. Comme pour des applications de type poutre mixtes, les traitements de surface ont une importance capitale sur le comportement mécanique des assemblages collés.
8.1 Les essais massiques
(Adams et al., 2012) ont présenté un bref résumé des différents essais de caractérisation qui existaient. Nous citons les essais dits massiques c’est à dire de caractérisation directe. La méthode employée est détaillée dans la partie précédente. Il s’agit en fait de s’affranchir du rôle joué par les interfaces sur le comportement mécanique global de l’assemblage collé. L’inconvénient majeur de ce type de méthodes réside dans la difficulté de réalisation des éprouvettes en évitant des bullages microscopiques (défauts dus à une mise en oeuvre délicate). La rupture est quasi constamment observée dans une bulle (Creac hcadec, 2008). Afin d’éliminer ces problèmes, on peut alors utiliser des moyens de débullage et d’injection sous pression mais ces moyens dépendent de la viscosité de l’adhésif étudié. Utiliser uniquement ce type d’essais apparaît comme délicat et non approprié.
Dans le chapitre consacré au comportement des matériaux, nous avons effectué des essais sur éprouvettes haltères de l’adhésif époxy utilisé dans les assemblages afin de déterminer le module de Young et le coefficient de Poisson du matériau. Nous étudierons l’influence de ces paramètres sur le comportement global des assemblages et structures examinées.