Résultats de caractérisât ion : sélection du matériau

3.3.1 Critères de sélection

Le fournisseur Produits HEVEA dispose d'une large gamme de matériaux aux proprié-

tés mécaniques diverses, mais non quantifiées précisément. Les premiers essais ont donc

consisté à caractériser dans, les conditions normales un échantillon de chaque type de ma-

tériau disponible afin de choisir lequel serait le plus approprié à l'application du projet.

Les critères de sélection appliqués ont été, par ordre d'importance :

1. Taux d'amortissement équivalent maximum, ieq,maxi afin d'optimiser le contrôle

structural.

2. Module de cisaillement maximum, Geqtmax, afin de réduire le volume de matériau

nécessaire à l'obtention d'une rigidité donnée.

3. Déformation en cisaillement ultime maximale au déchirement du matériau, {"imax)max-> pour assurer la meilleure tenue du VED aux charges extrêmes. En pratique, ce cri-

tère n'a nas été considéré, car aucun des matériaux testés n'a rompu à la capacité

maximale du montage.

3.3.2 Gamme de matériau

La gamme complète de matériaux de Produits HEVEA est celle donnée ci-après. Les matériaux sont organisés par dureté croissante (où un duro est une unité de dureté stan- dardisée), donnant ainsi une indication de la rigidité relative de chacun :

2. caoutchouc naturel 55 duro (NR55) 3. caoutchouc naturel 60 duro (NR60) 4. caoutchouc naturel 70 duro (NR70)

5. "neoprène" 0060

6. caoutchouc naturel fibre 80 duro (F80)

Les matériaux NR50, NR55, NR60 et NR70 sont des caoutchoucs naturels simples mélan-

gés à différents additifs lors de leur préparation (en particulier du noir de carbone) qui

augmentent les propriétés amortissantes faibles du caoutchouc naturel pur. Ce sont les proportions de ces additifs qui distinguent chaque matériau. Le caoutchouc naturel fibre F80 comporte quelques additifs supplémentaires et est enrichi de fibres de nylon le ren- dant nettement plus rigide. Le "neoprène" 0060 est constitué d'un mélange de néoprènes

différents provenant des chutes de divers industriels (fabricants de pneus notamment). Par

conséquent, sa composition n'est pas contrôlée et ses propriétés peuvent varier énormé- ment d'un mélange à l'autre. Ce matériau a été testé par curiosité, mais son caractère

aléatoire interdit son utilisation pour le projet. 3.3.3 Résultats de caractérisation

Afin de comparer les propriétés mécaniques des six matériaux énumérés précédemment,

un échantillon normal (100mm ? 100mm x 10mm) de chaque matériau a été testé en

cisaillement dans des conditions proches des conditions normales définies à la section

précédente : excitations sinusoïdales à 3Hz et 4 Hz à des taux de déformation de 10%, 20%,

30%, 40%, et 50%, à la température normale, et sans compression initiale. Les matériaux NR55 et neoprène 0060 ont été testés jusqu'à 100% de déformation, mais étant donné la durée des essais à grands taux de déformation (le temps de refroidissement du matériau est alors de l'ordre de 20 minutes entre chaque essai) les essais ont été limités à 50% de déformations pour les autres matériaux. Ces données sont bien suffisantes pour effectuer

un simple choix comparatif des matériaux.

La figure 3.5 compare les courbes d'hystérésis obtenues pour chacun des matériaux pour

les essais à 4 Hz et 20% de déformation, illustrant ainsi les différences de comportements

liées aux différences de propriétés viscoélastiques équivalentes. Les figures 3.6a et 3.6b comparent l'évolution des paramètres viscoélastiques équivalents des différents matériaux,

respectivement Geq et £e(?, en fonction du taux de déformation pour l'ensemble des essais

à 4 Hz. Les valeurs numériques sont présentées aux tableaux 3.2a et 3.2b pour les essais

Tableau 3.2 - Comparaison des propriétés viscoélastiques équivalentes des matériaux

(a) Module de cisaillement Geq (MPa)

7 NR50 NR55 NR60 NR70 0060 F80 10% 0.678 1.048 1.115 1.547 1.928 2.987 20% 0.612 0.905 0.914 1.270 1.439 2.270 30% 0.570 0.798 0.810 1.114 1.188 1.919 40% 0.542 0.715 0.759 1.031 1.022 1.704 50% 0.520 0.575 0.719 0.982 0.927 1,580

(b) Taux d'amortissement ?a? (%)

7 NR50 NR55 NR60 NR70 0060 F80 10% 9.15 13.18 14.92 14.36 19.54 15.42 20% 8.72 11.18 12.44 12.59 17.42 14.97 30% 7.66 10.22 11.18 11.57 15.95 13.96 40% 7.51 9.87 10.91 10.74 14.85 13.14 50% 7.13 9.45 9.82 9.72 14.30 12.20

paramètres viscoélastiques équivalents avec le taux de déformation. Cette dégradation

avec le taux de déformation est très importante concernant le module de cisaillement et

est nettement plus marquée pour les matériaux les plus rigides (23% de perte de module

pour le NR50, et jusqu'à 52% et 47% de perte pour les 0060 et F80 entre 10% et 50% de

déformation). On observe la même évolution pour le taux d'amortissement, mais beaucoup moins prononcée (entre 20% et 30% de perte au maximum). La dépendance des propriétés

avec le taux de déformation sera étudiée plus en détail à la section suivante pour le matériau sélectionné. On retrouve bien le classement attendu des matériaux en terme de rigidités

relatives : à fréquence et taux de déformation identiques, le matériau le moins rigide est le NR50 et le plus rigide le matériau fibre F80. On retrouve les ordres de grandeur usuels de la littérature pour le module de cisaillement à 50% de déformation, soit entre 0.5MPa et IMPa. Seul le F80 (et dans une moindre mesure le 0060) se démarque avec une rigidité très nettement supérieure à tous les autres matériaux : plus d'une fois et

demie le module de cisaillement du second matériau le plus rigide, le 0060, à tous les taux

de déformation. Les différences entre les taux d'amortissement des différents matériaux

sont moins prononcées que celles du module de cisaillement. Le même classement relatif des matériaux s'y retrouve cependant, à l'exception des deux matériaux les plus rigides : le 0060 a un taux d'amortissement de 10% à 15% supérieur à celui du F80. Ces taux

malgré tout assez faibles pour des applications d'amortissement structural en comparaison

de certains caoutchoucs artificiels développés spécifiquement à cette fin (néoprènes 3M par exemple).

3.3.4 Choix du matériau

Considérant les critères de sélection du matériau du projet énoncés en début de section,

ainsi que les résultats présentés précédemment, le choix le plus pertinent pour l'application de contrôle structural semblerait être le "neoprène" 0060 : les essais ont montré qu'il était le matériau aux capacités dissipatrices d'énergie les meilleures et avait une rigidité assez élevée. Malheureusement, comme indiqué plus haut, ce matériau - et les résultats précédents de sa caractérisation - ne peuvent être considérés suffisamment fiables étant donné son processus de fabrication non contrôlé. Le second choix le plus pertinent se porte alors tout naturellement sur le caoutchouc naturel fibre F80, de loin le plus rigide et au taux d'amortissement supérieur aux autres caoutchoucs naturels.

-20 -IO 0 10 Déformation (%) (a) NR50 -10 0 Déformation I (b) NR55 -20 -10 0 10 Déformation (%) (e) NR60 20 -20 -10 0 10 Déformation (%) (d) NR.70 -20 -10 0 Déformation -10 0 10 Déformation (%) (f) 0060 (e) F80

3,0 2,0 ce ? 1,0 ^NR 70 -F 80 ^0060 20 40 60 Déformation (%) (a) Geq 80 100 20r~ 15 h- •ES o· >U/> 10 \- ^NR 70 -F 80 ^0060 20 40 60 Déformation (%) (b) íeq 80 100

3.4

Résultats de caractérisation : caoutchouc naturel

Dans le document Contrôle sismique d'un bâtiment en acier de 1 étage par amortisseurs élastomères et contreventements en chevron (Page 92-98)