Évaluation du renforcement de poutres en bois par matériaux composites

Évaluation du renforcement de poutres en bois par matériaux composites

La présence des défauts naturels dans le bois est une source de grandes variations des propriétés mécaniques. Depuis 40 ans, la possibilité de renforcement des poutres en bois lamellé-collé a été étudiée. Dans les premières expérimentations, les matériaux traditionnels, comme l’acier, sont utilisés pour des renforcements locaux (tiges boulonnées, assemblages avec plaques, etc.) [Larsen et al. (2000)]. Mais les recherches ont toutes le même objectif : améliorer la capacité du bois pour son application sur structures fortement sollicitées. Toutefois, la baisse de prix des fibres de synthèse telles que celles d’aramide, de verre ou de carbone, a permis d’utiliser les composites à matrice organique (Fiber Reinforced Polymer ou FRP) comme armature de renforcement. En comparant leur propriétés avec celles du métal, les avantages évidents sont la densité plus faible (ρFRP < 0.25ρacier) et la facilité de mise en œuvre. Actuellement, s’il est nécessaire de maintenir et d’améliorer les anciennes structures en bois, la volonté du ministère de l’écologie de développer des ponts en bois, nous amène à développer également des recherches sur le renforcement pour structures neuves. Le rôle fréquent des renforcements en FRP, aux propriétés mécaniques élevées, est de fournir des connexions locales au voisinage des défauts, i.e. du confinement vis-à-vis de la rupture locale, et d’arrêter l’ouverture des fissures. En outre, il permet d’utiliser le bois de grade inférieur ou de dimensions plus faibles. Nous proposons de faire une revue de la littérature sur ce sujet.

La présence des défauts naturels dans le bois est une source de grandes variations des propriétés mécaniques. Depuis 40 ans, la possibilité de renforcement des poutres en bois lamellé-collé a été étudiée. Dans les premières expérimentations, les matériaux traditionnels, comme l’acier, sont utilisés pour des renforcements locaux (tiges boulonnées, assemblages avec plaques, etc.) [Larsen et al. (2000)]. Mais les recherches ont toutes le même objectif : améliorer la capacité du bois pour son application sur structures fortement sollicitées. Toutefois, la baisse de prix des fibres de synthèse telles que celles d’aramide, de verre ou de carbone, a permis d’utiliser les composites à matrice organique (Fiber Reinforced Polymer ou FRP) comme armature de renforcement. En comparant leur propriétés avec celles du métal, les avantages évidents sont la densité plus faible (ρFRP < 0.25ρacier) et la facilité de mise en œuvre. Actuellement, s’il est nécessaire de maintenir et d’améliorer les anciennes structures en bois, la volonté du ministère de l’écologie de développer des ponts en bois, nous amène à développer également des recherches sur le renforcement pour structures neuves. Le rôle fréquent des renforcements en FRP, aux propriétés mécaniques élevées, est de fournir des connexions locales au voisinage des défauts, i.e. du confinement vis-à-vis de la rupture locale, et d’arrêter l’ouverture des fissures. En outre, il permet d’utiliser le bois de grade inférieur ou de dimensions plus faibles. Nous proposons de faire une revue de la littérature sur ce sujet.

Revue de la littérature

Intéressons nous aux modes de ruptures de poutres en flexion. Les ruptures en flexion dans les poutres en BLC sont de type fragile. Elles sont en effet souvent localisées aux nœuds, aux défauts ou aux aboutages du côté de la traction. Elles ont donc besoin d’être renforcées de ce côté pour améliorer la résistance en traction. Le renforcement de poutres en BLC avec des couches FRP collées du côté de la tension est très répandu, ce qui se traduit par de nombreuses recherches (John et Lacroix, 2000); (Hernandez et al., 2005) ; (Romani et Blaβ, 2000 et 2001); (Fioralli et al., 2003) ; (Borri et al., 2005), etc. L’objectif global de ces études est souvent d’augmenter la rigidité, la résistance en flexion et la ductilité structurale, d’obtenir la rupture en mode de compression. (J.Fiorelli, A.A Dias, 2003) ont réalisé un renforcement sur de petites éprouvettes par GFRP (glass fiber reinforced polymer) et CFRP (carbon fiber reinforced polylmer). Ils ont étudié expérimentalement le comportement en compression du bois pour l’appliquer au comportement élasto plastique en flexion. Ils ont observé des ruptures en compression, puis en traction ou cisaillement. L’augmentation de la résistance et de la rigidité est observée. L’influence des défauts est réduite.