Procédures pour les essais

3.5.1 Essais de traction monotonique

Les essais de traction monotonique sont effectués sur l’acier inoxydable seulement. Par contre, certaines propriétés de traction seront déterminées, pour l’acier au carbone, à l’aide du premier quart de cycle des essais cycliques, représentant un essai monotonique en traction. Les essais sont contrôlés par le déplacement de la tête de la presse à une vitesse de déplacement de 0,14mm/s permettant de déterminer les propriétés élastiques selon la norme ASTM E8 (ASTM 2013). Comme la déformation à l’ultime est plus grande que la déformation maximale que peut lire l’extensomètre, celui-ci doit être retiré avant d’atteindre 50% de déformation pour éviter qu’il ne soit brisé. L’essai se continue ensuite, en ayant seulement les valeurs de contrainte obtenues par la cellule de charge, jusqu’à rupture de l’éprouvette. Il est ensuite possible de mesurer la déformation finale et le diamètre de la section à la rupture en réassemblant les deux parties de l’éprouvette brisée.

Pour plus d’information sur les vraies déformations et les vraies contraintes tout au long de l’essai, deux essais ont été effectués en utilisant une technique d’analyse d’image inspirée d’essais effectués sur u n matériel nommé polyétheréthercétone, qui est utilisé dans l’industrie biomédicale (Sobieraj et al. 2009). Cette technique consiste à marquer l’éprouvette avec plusieurs marques, de même épaisseur et espacées

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également, sur sa circonférence. Pendant l’essai, une caméra filme l’éprouvette et chacune des images de la vidéo est analysée par un programme numérique permettant de mesurer le changement d’épaisseur et de diamètre de chaque marque correspondant respectivement à la déformation axiale et au changement de diamètre de l’éprouvette tout au long de l’essai.

Le marquage des éprouvettes a été fait avec des pochoirs coupés dans du vinyle possédant un côté autocollant, à l’aide d’une machine numérique pour obtenir une bonne précision (voir figure 3.10a) pour la disposition et la dimension des coupes des pochoirs).

Figure 3.10– a) Dessin de fabrication des pochoirs (dimensions en mm), b) résultat du marquage

Les pochoirs peuvent ensuite être collés avec grand soin sur la section réduite des éprouvettes avant de marquer celle-ci à l’aide d’un crayon marqueur indélébile directement sur l’acier. Par la suite, le vinyle peut être retiré et le résultat est montré sur la figure 3.10b). Tout au long de l’essai, une vidéo est enregistrée grâce à l’appareil photo installé sur un trépied permettant de garder une image stable sans trop de mouvements. Un chronomètre est aussi installé dans le champ de vision de la vidéo et le compte est débuté au même moment où l’essai débute, ce qui permet d’avoir un repère dans le temps et d’ainsi identifier la charge qui est soumise à un moment précis pour chacune des images. La figure 3.11 nous présente une photo extraite de la vidéo montrant le montage quelques secondes après que l’essai ait commencé.

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Figure 3.11– Image extraite de la vidéo au temps t=7sec

3.5.2 Essais de fatigue oligocyclique à amplitude constante

Les propriétés de fatigue ont pu être déterminées grâce aux tests de fatigue oligocyclique à amplitude constante. Tous ces tests sont réalisés à déformation contrôlée utilisant le signal de l’extensomètre comme mode de contrôle, conformément à la norme ASTM E606 (ASTM 2012). Des ondes de forme triangulaire ont été utilisées comme amplitude de déformation, avec le premier quart de cycle commençant en traction et un ratio des déformations axiales limites égal à 1 pour avoir des cycles à renversement complets. La figure 3.12 représente le protocole de chargement utilisé lors des essais avec εc représentant la déformation cible

pouvant être changée d’un essai à l’autre.

Figure 3.12 – Protocole de chargement pour essais cycliques à amplitude constante

Les valeurs de déformations cibles, représentant la moitié de l’amplitude de déformation, ont été choisies à 1% et à 2% qui sont des déformations représentatives dans le segment ductile du noyau de DDC pour une application canadienne (Tremblay et al. 2006). Les autres valeurs de déformation cibles (0,5% et 1,5% pour l’acier inoxydable et 3% pour l’acier au carbone) ont été choisies pour permettre d’obtenir des relations décrivant les propriétés en fatigue oligocyclique des deux matériaux.

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Le taux de déformation représentatif d’un séisme sur une DDC est de 2,5%/sec (Eiichiro et al. 1998) mais, cette valeur n’a pas été retenue pour les tests effectués sur les éprouvettes car un taux de déformation aussi élevé lors de déformations inélastiques induit de fortes augmentations de température qui sont plus difficiles à dissiper par l’éprouvette que par la diagonale complète. Ces augmentations de température peuvent modifier les propriétés mécaniques du matériau lors de l’essai et c’est pourquoi un taux de déformation de 0,1%/sec a été utilisé, permettant de limiter le plus possible les gradients de température à l’intérieur de l’éprouvette durant l’essai. Tous les tests ont été effectués jusqu’à rupture complète de l’éprouvette, c’est-à-dire, lorsque l’éprouvette s’est séparée en 2 parties distinctes.

3.5.3 Essais de fatigue oligocyclique à amplitude variable

Les paramètres de la loi d’écrouissage mixte implémentée dans le logiciel Abaqus doivent être déterminés pour les 2 matériaux avec des essais de fatigue oligocyclique à amplitude variable. Un taux de déformation de 0,1%/sec a été choisi pour la totalité des essais pour les mêmes raisons que celles des essais à amplitude constante. Le seul point qui diffère des essais à amplitude constante, est le protocole de chargement où l’amplitude est variable au lieu d’être constante. Comme le modèle de plasticité cyclique utilisé ne prédit pas le comportement du matériel à différentes amplitudes de déformation, l’amplitude de déformation utilisée doit représenter le chargement auquel la DDC sera sollicitée. Ce protocole de chargement sert à représenter celui utilisé par la norme américaine (AISC 2010), étant aussi celui qui est conseillé d’utiliser selon la norme canadienne (CSA 2014), pour les tests de qualification expérimentaux de DDC. Ce protocole est le suivant :

 2 cycles de chargement à la déformation correspondant à Δb=Δby;

 2 cycles de chargement à la déformation correspondant à Δb=0,5Δbm;

 2 cycles de chargement à la déformation correspondant à Δb=Δbm;

 2 cycles de chargement à la déformation correspondant à Δb=1,5Δbm;

 2 cycles de chargement à la déformation correspondant à Δb=2Δbm;

 cycles complets de chargement additionnels à la déformation correspondant à Δb=1,5Δbm au besoin,

pour que le spécimen atteigne une déformation axiale inélastique cumulative d’au moins 200 fois la déformation lors de la première plastification.

Une valeur de 0,2% a été choisie pour Δby (déformation lors de la première plastification), car c’est la valeur

normalement utilisée pour définir la déformation lors de la première plastification d’un acier structural. Une valeur de 1% a été choisie pour Δbm (déformation de conception), car il doit être déterminé en prenant la plus

petite valeur entre 0,01hs (où hs est la hauteur de l’étage) et 5Δby et que Δbm se trouve à être égal à 5Δby pour

la plupart des bâtiments de catégorie normale conçus selon le CNBC 2005 (Tremblay et al. 2006). La figure 3.13 représente le protocole de chargement utilisé pour les essais sur éprouvettes.

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Figure 3.13– Protocole de chargement pour les essais de fatigue oligocyclique à amplitude variable