Vérification expérimentale du multi-renforcement

Programme expérimental

Ce programme a été supporté par la société SIKA France qui nous a fourni les lamelles de carbone, et l’entreprise de lamellé collé CMBP (Houdan), laquelle nous a fourni le bois (pin sylvestre GL 28, traité classe 4), et a mis à notre disposition un banc de lamellé collé pour une journée. Dans le programme, nous prévoyons de tester des poutres en flexion, en cherchant à provoquer la rupture en traction par flexion. Pour éviter ainsi les autres modes de rupture (en compression et en cisaillement), nous avons décidé de coller, en partie supérieure du BLC, une lamelle en BFUP, et de renforcer les poutres en cisaillement aux extrémités par collage d’une couche de tissus unidirectionnel de carbone orienté à 45° par rapport à l’horizontale (masse surfacique de 200 g/cm2 ). Douze poutres rectangulaires de 105 mm x 165 mm x 3300 mm (l × h × L) en bois lamellé collé ont été fabriquées. Deux modèles de poutres ont été utilisés, avec et sans renfort. Les poutres P1- 1 à P1-6 sont celles sans renfort tandis que les P2-1 à P2-6, avec renfort sur 3 couches. Une lamelle en BFUP de 45 mm d’épaisseur a été collée sur chacune des ces poutres par une colle époxy de type Sikadur 30® de la société SIKA. Nous avons testé les poutres P1-1 à P1-3 et P2-1 à P2-5, les autres corps d’épreuve étant prévus pour des études ultérieures.

Propriétés des matériaux

Les détails concernant l’utilisation, la durabilité et la fabrication des matériaux utilisés sont présentés ci-dessous.

Béton fibré ultra performant (BFUP)

Le béton fibré à ultra performance est le BSI (CERACEM) dont nous avons parlé dans le premier chapitre. Pour mieux positionner la plaque de béton à coller sur la poutre en bois, la face supérieure de chaque poutre en bois constitue le fond de coffrage pour couler le béton. Le béton dans chaque poutre vient de la même gâchée, afin d’assurer l’homogénéité des résultats. Les plaques en béton sont décoffrées après 24h puis protégées de la dessiccation par une bâche. Elles seront collées Page 114 aux poutres en BLC à une maturité de 15 jours. Les propriétés du BSI étant assez constantes, nous avons repris les caractéristiques données dans les recommandations AFGC [AFGC 02]. Module d’Young longitudinal 65 GPa Coefficient de Poisson 0,2 Résistance caractéristique en traction directe 9,1 MPa Résistance caractéristique en compression 150 MPa Densité 2,7 environ Tableau 5.1. Caractéristique du BFUP (BSI ) 5.3.2. Bois lamellé collé Le bois utilisé est le Pin Sylvestre, traité pour la classe d’emploi 4, de classe GL28. Le module d’Young longitudinal en compression a été mesuré sur 3 échantillons (tableau Tableau 5.2). Les lamelles brutes ont une épaisseur de 33 mm et une largeur de 95 mm. échantillon Module [GPa] 1 14,2 2 13,8 3 13,5 moyenne 13,83 Tableau 5.2. Module d’Young longitudinal du bois Pin sylvestre .

Composite de fibres de carbone (CFRP)

Le renforcement stratifié des poutres est constitué de plaques de fibres de carbone Carbodur S812. Les propriétés mécaniques de ces composites sont données sur les fiches techniques du fabricant et leurs valeurs sont présentées dans le Tableau 5.3. On indique le type de fibre, 1’épaisseur de chaque lamelle, la contrainte ultime, la déformation ultime, le module élastique et la proportion volumique de fibres. Dans le but de vérifier le comportement mécanique du collage en utilisant la colle Polyuréthane, des essais de Pull-Out et Push-Out ont été effectués sur des assemblages lamelles de bois – Carbodur S812. La rupture dans le bois montre que la résistance en cisaillement de l’interface Composite-Bois est plus élevée que celle du bois, ce qui valide l’utilisation de la colle polyuréthane de l’entreprise CMBP pour l’assemblage des poutres hybrides BLC-CFRP en usine. Des feuilles de tissu de fibres de carbone ont été utilisées pour augmenter la résistance à l’effort tranchant, collées avec une colle Sikadur 330 à base d’époxy. Module d’Young longitudinale 165 GPa Résistance en traction 2,8 GPa Densité apparente 1,5g/cm3 Largeur × Épaisseur 80 mm × 1,2 mm Tableau 5.3. Propriétés du plat Sika Carbodur S812 Chapitre 5. Vérification expérimentale du multi-renforcement Page 115 5.4. Fabrication des corps d’épreuve Les lamelles de bois et de carbone sont fabriquées et collées à l’entreprise CMBP (Houdan). Tandis que le coulage du béton, le collage béton-bois et le renforcement en cisaillement sont réalisés à l’UR Navier. Les étapes de fabrication sont détaillées ci-dessous. 5.4.1. Collage de lamelles de bois et de carbone Les poutres sans renfort sont fabriquées comme indiqué dans le premier chapitre (voir I.1.4). Pour les poutres avec renfort, nous avons manuellement inséré des plaques de carbone entre les lamelles de bois (figure 5.1 et Figure 5.2). Quatre membres de l’équipe ont participé à cette opération (Wafa Belhak, Sébastien Fonlupt, Robert Le Roy et moi-même). L’assemblage ne pouvait en effet se faire que manuellement afin de positionner correctement les lamelles de carbone entre les lames inférieures de la poutre. Pour coller le carbone sur les lames de bois, nous avons utilisé la colle polyuréthane (PU) utilisée habituellement par l’entreprise. Une fois assemblées, les poutres ont été mises sous presse pendant trois heures, une masse en fonte de plus d’une tonne posée sur l’ensemble maintenant la stabilité de l’assemblage. Ces poutres ont été ensuite rabotées sur les faces latérales par l’entreprise, sur largeur de bois par rapport au carbone permettant ce rabotage sans risque d’abîmer les outils de coupe par un contact avec le carbone.