Travaux à caractère expérimental

Comme indiqué avant (au §8.2), les objectifs poursuivis par ces essais sont de caractériser l'influence de l'angle de compression des fibres du bois, d’étudier l’influence du diamètre de la

broche, d’analyser l'influence de l’épaisseur du bois et enfin de déterminer des valeurs expé-rimentales de rigidité d’"embedding".

Figure 8-10

Les éprouvettes d'essais sont des parallélépipèdes à faces carrées ( a) dont le côté vaut 14 fois le diamètre de la broche. Elles sont fabriquées en fonction de l’angle des fibres α (0°, 10°, 20°, 30°, 45°, 60°, 70°, 80°, 90°), du diamètre de la broche D (10mm, 16mm, 20mm) et de l’épaisseur t (1,5D, 4D). En outre, pour satisfaire la norme [EN383], des éprouvettes de forme parallélépipédique à faces rectangulaires, positionnées verticalement (Figure 8-10b) sous compression axiale et positionnées horizontalement (Figure 8-10c) sous compression transversale, complètent la série d’essais; elles permettront de vérifier la cohérence entre les résultats d'essais.

(b) éprouvettes rectangulaires pour compression dans le sens des fibres (à 0°)

Figure 8-10 Eprouvettes des essais de portance locale.

Les échantillons sont prélevés dans des poutres en bois lamellé-collé standard (Figure 8-11a) produites en milieu industriel par la société Lamcol Sud Charpentes (à Marloie). Elles sont en résineux et sont classées GL28h selon le fabriquant.

(a) (b)

Figure 8-11 (a) Poutres en bois lamellé-collé utilisées pour l’ensemble des essais de compression et de flexion (b) Eprouvettes à faces carrées pour les essais de compression selon des angles variant de 0 à 90° par rapport aux fibres.

Toutes les informations relatives à chacune des ces éprouvettes sont disponibles à l'Annexe C.1.

F F

(a) éprouvettes carrées pour compression selon un angle de 0 à 90°

F F

(c) éprouvettes rectangulaires pour compression perpendicu-laire aux fibres (90°)

F F

8.3.2 Application des forces et instrumentation

Le dispositif d’essai est illustré à la Figure 8-12 ci-après. La charge est appliquée de chaque côté de la broche via une pièce métallique spécialement usinée pour venir épouser la broche sur la moitié de la circonférence. La charge (F) et le déplacement de la tête du vérin (d1 de la Figure 8-13, correspondant au déplacement du point B de la Figure 8-2) sont mesurés en continu.

La charge est appliquée selon une vitesse de déplacement constante de la tête du vérin (1 mm/min), en 3 cycles de charge-décharge plafonnés à:

• 4 dixièmes de la charge maximale estimée;

• 6 dixièmes de la charge maximale estimée;

• la rupture.

Figure 8-2

Le déplacement du point A de la ne peut être directement mesuré. Un dispositif particulier a donc dû être mis au point: une cornière métallique (voir Figure 8-12b), suffi-samment rigide et dont une aile a été éliminée sur toute la longueur de l’éprouvette en bois, est fixée à l’horizontale par 2 clous de 1 mm de diamètre, positionnés de part et d’autre du point A repéré à la Figure 8-2. Les capteurs de déplacement sont placés verticalement sur chaque extrémité de la cornière (mesures d2 et d3 de la Figure 8-13) et permettent, après re-traitement des données, de déterminer le déplacement du point A. Le même dispositif est fixé sur la face arrière de l’éprouvette pour permettre de relever les déplacements d4 et d5, aussi illustrés à la Figure 8-13.

(a) (b)

Figure 8-12 (a)Vue générale du dispositif d’essai (b) vue des cornières métalliques servant à mesurer le déplacement du point A.

Le déplacement du point C de la Figure 8-2 est relevé par le capteur d6, Figure 8-13.

La charge et les 6 déplacements sont mesurés en continu, tout au long de l’essai de compres-sion mené en 3 phases.

d6 F, d1

Figure 8-13 Instrumentation des essais de compression.

8.3.3 Traitement des résultats d’essais de compression réalisés au CTIB

Au cours d’un essai de portance locale, trois courbes caractéristiques principales sont relevées (Figure 8-14). La première correspond au déplacement total (courbe noire "zwick"); la deuxième s’identifie à la déformation de la partie inférieure de la pièce en compression (courbe rouge "dep. compress."); et enfin, la dernière, à la déformation due à l’effet d’"embedding" (courbe bleu "emb").

0

Figure 8-14 Courbes caractéristiques d’un essai de portance locale mené jusqu’à la ruine.

Les résultats expérimentaux valident les observations obtenues via les premières simulations numériques présentées au §8.2, à savoir:

• deux phénomènes contribuent au déplacement de la broche dans un essai de portance locale: la déformation de la pièce due à l’effet d’"embedding" et celle due à la compres-sion;

• la déformation due à l’effet d’"embedding" a lieu localement, au voisinage du trou;

• la déformation de la partie inférieure de la pièce due à la compression est effective-ment non négligeable par rapport avec celle d’"embedding" et doit être retirée de la déformation totale mesurée par le déplacement de la broche et ce, afin de bien évaluer

Après avoir effectué le traitement individuel de chacun des essais, une seconde phase consiste à comparer entre eux, les essais d’une même série, afin de juger de la dispersion des résultats d'essais, mais aussi d’éventuellement éliminer, après examen détaillé, une courbe "hors-normes" dont, manifestement, l’allure s’éloignerait trop de celle des autres courbes du même groupe.

Les résultats complets des essais de portance locale sont regroupés à l’Annexe C.1 de la thèse.

8.3.4 Résultats des essais de portance locale du projet K

réalisés au CTIB

Si la broche est supposée être indéformable en flexion et cisaillement, la rigidité de la compo-sante d’"embedding" (module d’"embedding"), définie comme une rigidité par unité d’épaisseur de bois, peut simplement être obtenue en divisant l’effort appliqué à l’éprouvette par le déplacement de la broche, et ensuite par l’épaisseur de l’échantillon de bois. En réalité, la broche ne respecte pas l'hypothèse d'indéformabilité, et donc une correction est requise afin de définir le "vrai" module d’"embedding". Cette correction est basée sur le modèle 2D analy-tique proposé au §8.5.3.

0

Angle de compression ( ° )

Module d'embedding (N/mm.mm)

Figure 8-15 Diagramme des valeurs expérimentales et théoriques de la rigidité de la composante d’"embedding" des essais de diamètre D10, D16, D20 et d’épaisseur 4D-1,5D.

Les résultats expérimentaux des essais réalisés au CTIB concernant la rigidité de la compo-sante d’"embedding" sont présentés en détail dans [CTI-2004]. La Figure 8-15 présente tous les résultats relatifs à la rigidité de la composante d’"embedding", en fonction de l’angle de compression des fibres, pour les essais décrits au §8.3.1:

• les points "-" représentent les valeurs des modules d'"embedding" obtenus via les éprouvettes avec une épaisseur 4xD10;

• les points "Δ" représentent les valeurs des modules d'"embedding" obtenus via les éprouvettes avec une épaisseur 1,5xD10;

• les points "•" représentent les valeurs des modules d'"embedding" obtenus via les éprouvettes avec une épaisseur 4xD16;

• les points "∗" représentent les valeurs des modules d'"embedding" obtenus via les éprouvettes avec une épaisseur 1,5xD16;

• les points "♦" représentent les valeurs des modules d'"embedding" obtenus via les éprouvettes avec une épaisseur 4xD20;

• les points "o" représentent les valeurs des modules d'"embedding" obtenus via les éprouvettes avec une épaisseur 1,5xD20;

• la courbe "formule" représente l'évolution théorique du module d'"embedding" en fonc-tion de l'angle de compression des fibres (formule (8.1));

• les courbes discontinues déterminent la zone où se trouvent la plupart des valeurs ex-périmentales.

L’analyse des résultats à la Figure 8-15 montre une relative insensibilité des valeurs du mo-dule d'"embedding" selon le diamètre des broches: D10, D16 et D20. La courbe d'évolution du module d’"embedding" en fonction de l’angle de compression des fibres (obtenue via la for-mule (8.1)) correspond assez bien aux valeurs moyennes des résultats expérimentaux. Au fi-nal, ce diagramme permet de:

• justifier le fait de négliger l’effet du diamètre de la broche pour le calcul du module d’"embedding" (ceci sera confirmé par le modèle 2D analytique proposé au §8.5.1);

• de valider expérimentalement la formule (8.1).

En conclusion, le comportement élastique de la composante d’"embedding", pour un angle quelconque par rapport aux fibres, peut être étudié par l’intermédiaire des deux composantes orthogonales k₀ et k₉₀ (Figure 8-7). Dès que les modules d’"embedding" k₀ et k₉₀ sont connus, le module correspondant à une inclinaison intermédiaire (0° < α < 90°) peut être évalué sur base de la formule (8.1).