La pr´esente section a permis de pr´esenter les propri´et´es physiques des diff´erents mat´eriaux (acier, aluminium, PRFV) et les types d’assemblage des diff´erents mat´eriaux. Par la suite, l’´etat de l’art des assemblages multi-mat´eriaux a ´et´e pr´esent´e. Dans cette partie, un nombre important de param`etres caract´erisant la configuration des joints boulonn´es avec ou sans association de la colle ont ´et´e consid´er´es par diff´erents auteurs. Ces param`etres sont : la pince, la largeur du joint, l’´epaisseur des plaques, le type et l’orientation des fibres principales par rapport au chargement, l’espacement entre les boulons, le diam`etre du boulon, la pression de serrage du boulon, le type d’adh´esif, la rigidit´e de l’assemblage, le mode d’assemblage (assemblage `a simple plan ou double plans de cisaillement). Enfin, les m´ethodes de dimensionnement des assemblages boulonn´es suivant les r´ef´erences de conception disponibles et des articles publi´es ont ´et´e pr´esent´ees.
De la revue de litt´erature, il apparaˆıt que bien que plusieurs auteurs aient consid´er´e les param`etres ci-dessus ´enum´er´es, leurs ´etudes sur les assemblages boulonn´es ou boulon- n´ees/coll´es sont toutefois ax´ees sur des aspects diff´erents.
Pour les assemblages simplement boulonn´es acier-PRFV, les ´etudes de Abd-El-Naby et Hollaway (1993a) par exemple ont port´e sur l’effet des rondelles et plaques de protection sur la capacit´e des assemblages alors que Erki (1995) a plutˆot ax´e ses recherches sur l’effet de diff´erents types de connecteurs (boulon) sur la r´esistance des assemblages. Il est toutefois `a noter que plusieurs auteurs ont ´evalu´e l’effet des param`etres g´eom´etriques tels que la pince
longitudinale et la largeur du joint sur la r´esistance et le mode de rupture des assemblages. Cependant les conclusions sont quelque peu diff´erentes. Les ´etudes men´ees par Rosner et Rizkalla (1995a); Hassan et al. (1997a) permettent de d´efinir la pince longitudinale et la largeur optimale associ´ees `a une rupture par ovalisation excessive d’un assemblage `a un boulon `a 5d. Alors que les ´etudes men´ees par Cooper et Turvey (1995) d´emontrent que ces param`etres optimaux varient avec la pression de serrage du boulon et peuvent ˆetre pris respectivement `a 4d et 3d pour la pince longitudinale et la largeur du joint. Quant aux ´etudes de Wang (2002), il apparaˆıt que sur des plaques de faible ´epaisseur (t < 3 mm), une rupture par ovalisation excessive peut ˆetre atteinte `a un ratio de e/d =1.5. De plus les param`etres g´eom´etriques recommand´es dans les ouvrages de r´ef´erence ne s’accordent pas. Des ´etudes suppl´ementaires sur les param`etres g´eom´etriques permettant d’optimiser la r´esistance de l’assemblage sont donc n´ecessaires.
Les ´etudes sur les assemblages simplement boulonn´es aluminium-acier ou simplement en aluminium trouv´e en litt´erature ont eux aussi ´et´e abord´es sous des axes diff´erents. Bien que les recherches de Kim et al. (2012b) et Menzemer et al. (1999) ont port´e sur des assemblages multi-boulons connaissant une rupture par bloc de cisaillement, Kim et al. (2012b) se sont plutˆot int´eress´es `a l’effet de la d´eformation hors-plan dans les assemblages `a simple plan de cisaillement alors que Menzemer et al. (1999) ont plutˆot ´evalu´e l’effet de la longueur de la connexion sur la r´esistance de l’assemblage en double plans de cisaille- ment. Les informations recueillies ne permettent pas de d´efinir de mani`ere satisfaisante les configurations optimales des assemblages en aluminium. De plus, la plupart les configura- tions g´eom´etriques de ces ´etudes ne correspondent pas `a ceux qui seraient utilis´ees dans le domaine du g´enie civil. Les ouvrages de r´ef´erence prescrivent les param`etres g´eom´e- triques minimums et maximums des assemblages en aluminium. Il reste donc `a identifier les param`etres optimums pour lesquels il n’y a plus d’accroissement de la r´esistance. Pour les assemblages boulonn´es/coll´es, la plupart des auteurs cit´es d´ecrivent la mˆeme s´e- quence de rupture de ce type d’assemblage. Ils concluent que le boulon prend une part active dans la r´esistance de l’assemblage seulement apr`es que la colle ait rompu. Dans cer- tain cas, un l´eger accroissement de la charge maximale de l’assemblage hybride compar´e `a l’assemblage simplement boulonn´e ou simplement coll´e a ´et´e observ´e. Cependant, l’ajout de la colle dans l’assemblage boulonn´e semble ne pas am´eliorer le mode de rupture de l’assemblage, car apr`es la rupture de la colle, le comportement du joint hybride est simi- laire `a celui d’un assemblage simplement boulonn´e. Dans le cas sp´ecifique des mat´eriaux composites, les plaques utilis´ees sont soit des PRFC, soit des plaques lamin´ees hybrides en fibre de carbone et de verre. Les quelques essais report´es sur les plaques de PRFV ne sont pas assembl´es de mani`ere conventionnelle. Peu d’´etudes sont report´ees sur les assemblages
boulonn´es/coll´es en aluminium. Il est donc n´ecessaire d’effectuer davantage d’´etudes exp´e- rimentales pour comprendre le comportement des assemblages boulonn´es/coll´es. L’int´erˆet ´etant d’´evaluer si l’ajout de la colle `a l’assemblage boulonn´e am´eliorerait la r´esistance ou le mode de rupture des connexions aluminium-acier ou PRFV-acier.
Une ´evaluation des ´equations de dimensionnement des assemblages boulonn´es aux ´etats li- mites ultimes permet de constater que malgr´e l’avancement des recherches sur l’´evaluation de la r´esistance et l’efficacit´e des joints en PRFV, plusieurs r´ef´erences de conception qui se disent adapt´ees aux mat´eriaux pultrud´es en PRFV, continuent de proposer des m´ethodes de calcul propres aux mat´eriaux isotropes (CNR-DT-205, 2008; Bank, 2006; Chen et Lui, 2005). De plus certains auteurs semblent ne pas s’accorder aux diff´erentes approches de dimensionnement (Hassan et al., 1997b; Mottram, 2010). Quant aux assemblages en alumi- nium, ils sont tr`es similaires `a ceux recommand´es pour l’acier. Il convient donc d’effectuer une analyse critique de ces ´equations et si n´ecessaire les am´eliorer.
Sur la base de cette revue bibliographique, les points suivants n´ecessaires `a la conception d’un assemblage optimum m´eritent d’ˆetre ´etudi´es :
– identifier les param`etres g´eom´etriques optimums des assemblages multi-mat´eriaux aluminium-acier et PRFV-acier qui permettent de maximiser sa r´esistance ;
– effectuer une analyse critique des ´equations des r´esistances des assemblages boulonn´es en aluminium et PRFV recommand´es dans les ouvrages de conception ;
– d´evelopper des ´equations de r´esistance des assemblages boulonn´es multi-mat´eriaux aluminium-acier et PRFV-acier qui pourraient aussi bien ˆetre appliqu´ees aux assem- blages mono-mat´eriaux en aluminium ou en PRFV ;
– ´evaluer la contribution de la colle dans les assemblages boulonn´es/coll´es aluminium-acier et PRFV-acier.
Chapitre 3
D´efinition du projet de recherche
3.1
Mise en contexte
Un aspect critique `a consid´erer pour l’utilisation optimale de l’aluminium ou des PRFV dans les structures de pont transportables ferroviaires est le comportement des assemblages aluminium-acier et PRFV-acier. En effet, l’utilisation s´ecuritaire demande de r´ealiser des assemblages boulonn´es avec l’acier de fa¸con `a obtenir une r´esistance suffisante et un com- portement structural pr´evisible. D’autre part, le concepteur doit optimiser la configuration g´eom´etrique de ces assemblages pour s’assurer que l’utilisation de ces mat´eriaux est ´econo- mique et que la diminution de poids qui en r´esulte est appr´eciable. La revue de litt´erature du chapitre pr´ec´edent a apport´e un ´eclairage sur le comportement des assemblages bou- lonn´es et boulonn´ees/coll´es en aluminium ou en mat´eriaux composite dont les PRFV, bien qu’´etant ax´ee sur des aspects diff´erents. La section 2.6 pr´esente quelques-unes des disparit´es relev´ees. On note par ailleurs que les r´esultats obtenus de ces ´etudes ne per- mettent pas de d´efinir les valeurs des param`etres g´eom´etriques des assemblages boulonn´es au-del`a desquels il n’y a plus accroissement significatif de la r´esistance de la connexion. Ces param`etres g´eom´etriques sont : la pince longitudinale (e) et transversale (s), l’´epais- seur des plaques (t), le pas longitudinal (p) et transversal (g). Les normes et ouvrages de conceptions recommandent des valeurs minimuales de ces param`etres pour une bonne manoeuvrabilit´e du serrage et pour contrer les ruptures fragiles. Toutefois, `a partir des r´esultats exp´erimentaux publi´es on peut constater que les recommandations faites par les ouvrages de r´ef´erence ne garantissent pas la r´esistance optimale de la connexion. D’o`u pour nous la n´ecessit´e d’´evaluer les param`etres optimums. Ces param`etres optimums sont les valeurs pour lesquelles il n’y a plus d’accroissement significatif de la r´esistance de la connexion ou pour lesquelles ont atteint la rupture par cisaillement du boulon. Quelques disparit´es sur les ´equations de calcul de r´esistances des assemblages boulonn´es propos´es par les ouvrages de r´ef´erence ont ´egalement ´et´e not´ees. Il convient donc d’effectuer une analyse critique de ces ´equations et si n´ecessaire les am´eliorer. Il ressort des ´etudes sur les assemblages boulonn´es/coll´es que la plupart des auteurs s’entendent sur la s´equence de rupture, la contribution de la colle ou du boulon dans les connexions hybrides. Cepen- dant, dans le cas sp´ecifique des mat´eriaux composites, ces ´etudes visaient des applications diff´erentes (a´eronautique, automobile, maritime) par cons´equent les mat´eriaux composites
utilis´es ´etaient sp´ecifiques `a ces applications. Peu d’´etudes ont port´e sur les assemblages boulonn´es/coll´es en aluminium. Aussi de tels essais sur les assemblages aluminium-acier ou PRFV-acier permettraient non seulement d’´elargir la base de donn´ees scientifique, mais encore d’´evaluer la contribution de la colle dans ce type d’assemblages.
Outre les limites ci-dessus relev´ees, la revue de litt´erature a apport´e des informations im- portantes sur certains param`etres des assemblages boulonn´es. On note par exemple que la r´esistance de la connexion pourrait ˆetre am´elior´ee si les plaques de protection plus larges que les rondelles nominales de protection ´etaient utilis´ees. Cependant, nous avons d´ecid´e de nous limiter aux configurations typiques rencontr´ees dans les structures du g´enie civil. Aussi, seul le cas des connexions avec rondelles standards de protection sera trait´e ici. On note ´egalement dans le cas sp´ecifique des PRFV pultrud´es que l’orientation des fibres principales par rapport au chargement `a un effet important sur la r´esistance de l’assem- blage. La r´esistance maximale est atteinte lorsque l’angle de pultrusion est parall`ele au chargement. Par cons´equent, seul cet angle de chargement sera utilis´e pour l’identification des param`etres optimum. La revue de litt´erature r´ev`ele ´egalement que la r´esistance de la connexion pourrait ˆetre am´elior´ee lorsque la pression de serrage est optimale. Cette pres- sion de serrage est fonction des mat´eriaux assembl´es et ne devrait induire aucun dommage aux ´el´ements assembl´es. Cependant, dans cette ´etude, nous consid´erons une pression de serrage minimale (connexion de type bearing) pour l’identification des param`etres g´eo- m´etriques optimums ´etant entendu que les structures de ponts sont tr`es susceptibles aux effets cycliques (vibrations) qui peuvent tr`es rapidement alt´erer la pression de serrage des membrures assembl´ees. On note enfin que la plupart des ´etudes publi´ees sont report´es pour des assemblages en double-plan de cisaillement. Les configurations que nous teste- rons seront en simple-plan de cisaillement bien qu’un nombre tr`es limit´e de configurations en double-plan de cisaillement sera test´e en vue d’´evaluer l’effet de la d´eformation hors plan sur le comportement de l’assemblage boulonn´e.