Brevet FR2629549A1 — publié le 19891006

La présente invention concerne un procédé pour .au menter la résistance mécanique à la formation de microfis sures dans un joint adhésif structural entre deux pièces ou dans une messe de multimatériau constitué par un agglomérat ou un agrégat de particules solides assemblées par un liant. tel que notamment micromortier. mortier et béton. La plupart des assemblages collés sont le siège de concentrations de contraintes au voisinage de leurs extrémités (maximum de la contrainte de cisaillement) ainsi qutà leurs extrémités elles-memes (maximum de la contrainte nor male de décollement) ou à ltendroit de leurs bords.Ces contraintes diminuent considérablement la tenue mécanique du joint ou sa résistance à l agression de 1 environnement Il est donc de la plus haute importance. pour permettre le développement de L utilisation d'assemblages collés dans le domaine industriel de pouvoir réduire le plus possible ces contraintes et notamment le cisaillement au voisinage des extrémités et le décollement aux extrémités Par ailleurs les agglomérats ou agrégats du type mortier. béton etc comportent. dans leur structure des parties angulaires qui sont le siège de contraintes de cisaillement variables. à gradient de variation locale important contraintes qui contribuent à I amorçage plus précoce des microfissures lorsque la structure est sollicitée La présente invention a donc pour objet un procédé pour augmenter la résistance mécanique à la formation de microfissures dans un joint adhésif structural entre deux pièces ou dans une masse de multimatériau constitué par un agglomérat ou un agrégat de particules sclides assemblées par un liant tel que notamment micromortier mortier et béton. caractérisé en ce qu on soumet le joint adhésif à un effort variant périodiquement et d intensité maximale inférieure au seuil d'amorpage des micro-fissures c'est à-dire en restant toujours dans le domaine élastique global de 1 assemblage On décrira ci-après à titre d'exemple non limitatif une forme d exécution de la présente invention en référence au dessin annexé sur lequel La figure 1 est une vue en élévation d'un corps d'épreuve constitué par un assemblage collé pourvu de jauges électriques et soumis à un effort de traction périodique. La figure 2 est un diagramme illustrant la variation périodique de l'effort de traction. La figure 3 est un diagramme illustrant le déplace- ment du pic de la contrainte de cisaillement en fonction du -nombre de cycles appliqués au corps d'épreuve Les figures 4 et 5 sont des diagrammes illustrant la variation de la déformation superficielle en fonction de l'effort exercé. pour différents nombres de cycles de fati gue respectivement à 1 endroit des deux jauges les plus proches de l'extrémité du joint. Pour déterminer avec précision 1 effet du procédé suivant 1 invention sur le seuil d amorçage des microfis sures dans un joint adhésif structural et sur leur propaga tion lente (en régime stable) ou rapide (en régime instable) jusqu'8 la rupture d'un corps d'épreuve on a utilisé;; d'une part la méthode d extensométrie à jauges électriques qui permet de mesurer les déformations superficielles de l'as semblage et, d'autre part. 1 émission acoustique du joint adhésif au cours de son endommagement progressif Cette dernière méthode constitue une méthode de contrôle non des tructif pour confirmer l'amorce et la propagation des micro fissures mises en évidence par la méthode extensométrique L'analyse est basée sur la comparaison des résultats obtenus à différents stades du procédé c est à-dire après 1 appli cation de nombres de cycles de fatigue différents Pour les essais on å utilisé des corps d'épreuve 1 tels que celui représenté sur la figure 1 dont le joint est sollicité su cisaillement prépondérant tout le long du joint Ce corps d'épreuve 1 est constitué par deux substrats 2 et 3 assemblés au moyen d'un joint adhésif en biseau 4. Les substrats 2.3 sont constitués par deux barres parallélé- pipêdiques, de section carrée de lOmm de coté, en un acier ferritique de nuance XC 18 Ces substrats ont été préala blement usinés de manière à présenter. à leurs extrémités collées, deux faces frontales 2a.3a. inclinées d'un même angle par rapport à 1 axe longitudinal du corps d'épreuve. donc parallèles entre elles. Ces faces ou "subjectiles" sont séparés l un de l'autre de l'épaisseur ej du joint adhésif qui est dans ce cas de 0,5mm et ce joint s'étend sur une longueur 1 de 18mm dans le plan de ce joint en biseau L adhésif utilisé est une colle époxydique connue sous le nom de "EPONAL 317". monocomposant et polymérisée à 20 C. Les subjectiles. c'est à dire les faces 2a .3a des substrats 2.3 qui sont en contact avec l'adhésif du joint 4 ont subi. avant d'être collés. les traitements mécanique et chimique adéquats de façon que leurs états de surface soient optimaux. Notamment chaque subjectile a de préférence une rugosité Rt de 7 micromètres de l'ordre de grandeur des charges minérales contenues dans l'adhésif. Pour les essais on a équipé des fa ces latérales coplanaires 2b.3b des substrats dans lesquelles débouche le joint adhésif 4. de jauges électriques d extensométrie #l.J2,#3 JIl Ces jauges sont du type SCHENK. HBM. 4 120 KYlî autocompensées en température pour l'acier XC 18. à trame pelliculaire. On a soumis ensuite chaque corps d'é preuve à une étude sur une machine de traction AMSLER. Les différentes jauges d'extensométrie Jl,J2.J3..JIl sous forme de chainette sont réparties à distance les unes des autres sur les faces latérales 2b 3b des substrats 2.3. la première jauge J1 étant située à une distance x= 2,5mm du plan transversal P passant par l'origine 0 ou première ex trémité du joint adhésif 4. prise comme étant l'arête de raccordment des deux faces 3a,3h du substrat 3. Les jauges J2 J3. - .J7 ont été appliquées successivement dans cet ordre sur la face 3b du substrat 3. avec un entr axe constant de 4mm. La jauge J7 qui est la plus éloignée de 1 origine 0 du joint est située au-delà du plan transversal P1 passant par la seconde extrémité du joint adhésif 4 Les autres jauges J8.J9,JIO.JI1 sont elles situées sur 1R face 2b du substrat 2. L'entr'axe entre les jauges J8 et Jl est de 4mm de même que les entraxes entre les jauges J8 39 et 39 J10 L'entr axe entre les dernières jauges 510-511 est de 8 ,Smm Toutes les jauges d extensométrie Jl-Jll ont été reliées à un appareil d'extensométrie VISHAY 4000 muni d'un logiciel d'acquisition et de traitement des résultats et plus parti culièrement pour l'acquisition des déformations relatives et le tracé des courbes F = f f (t étant la déformation et F l'effort de traction. Le procédé suivant l'invention consiste à appliquer au corps d'épreuve 1 un effort F variant périodiquement de la manière illustrée sur la figure 2 d'une façon sinusoldale ou sensiblement sinusoidale.Dans l'exemple d'applica tion particulier décrit cet effor est un effort de traction longitudinal mais on pourrait utiliser d'autres types de sollicitation notamment en torsion. flexion. etc. Le procédé a été appliqué avec une fréquence de 30 hertz mais on pourrait utiliser une fréquence supérieure pour raccour cir la durée des essais. La variation de l'effort de traction F peut être du type ondulation; c est à-dire que cet effort reste toujours positif ou orienté dans le même sens. ou bien encore il peut être à variation alternée avec une partie du cycle exercée en compression. Au cours d une même période la valeur de l'effort F passe deux fois par la même valeur. Aux points al et bl on a des efforts égaux Fal =Fbl et de même Fa2 =Fb2 aux points a2 et b2. Dans la forme d'exécution non limitative illustrée par le diagramme de la figure 2 l'effort de traction F varie entre une valeur maximale Fmax de 150 daN et une valeur minimale Fmin voisine de zéro. La valeur maximale Fmax de l'effort de tracticn est choisie toujours inférieure à la valeur FD correspondant au seuil d apparition de la première amorce de microfissure. Autrement dit le procédé doit être mis en oeuvre en restant toujours dans le domaine élastique global de l'assemblage. Divers essais ont été effectués avec des corps d é preuve collés I du type précité, en faisant varier d'une part la valeur maximale Fmax de l'effort de traction pé riodique et d'autre part le nombre de cycles de fatigue appliqués à un corps d'épreuve ayant un seuil d amorçage des microfissures FD allant de 150 à 200daN. Un tel corps d'é- preuve. non traité par le procédé de fatigue suivant l'invention, a présenté une résistance à la rupture en traction linéaire monotone, de 4100 N.Un même corps d'épreuve a par contre présenté une résistance à la rupture FR de 4300N après avoir été soumis à 7.105 cycles avec une valeur maximale de l'effort Fmax de 100daN et une résistance de rup ture de 4700N. après le même nombre de cycles. pour une valeur de Fmax de l20daN. On obtient par conséquent un accroissement sensible de la résistance à la rupture. après un même nombre de cycles de fatigue. cette résistance à la rupture augmentant avec la valeur de Fmax. La résistance à la rupture augmente également dans une certaine mesure si on augmente le nombre de cycles de fatigue appliqués au corps d'épreuve 1. En effet cette résistance à la rupture FR qui, pour une valeur Fmax de 100daN. est de 4300N après 7,105 cycles. se trouve être portée à 4700N après 2.106 cycles, pour une même valeur Fmax de lOOdaN. Cette propriété est observée pour un adhésif du type bicomposant de comportement fragile et à comportement vis co-éiastique peu marqué. La figure 3 illustre- l'influence du procédé suivant 1 invention sur la contrainte de cisaillement au voisinage de l extrémité du joint 4. Si on trace la courbe donnant la variation de la contrainte de cisaillement # en fonction de la distance x par rapport à 1 extrémité O du joint comme il est représenté sur la figure 3 on voit que cette contrainte de cisaillement a une valeur maximale =m an un point A proche de ltextrémité 0 du joint.Le procédé suivant l'invention, consistant à soumettre le joint à un effort d'intensité variant périodiquement. permet de transformer localement les parties extrêmes du joint qui deviennent moins fragiles en se plastifiant, tout en restant élastiques On constate en effet que plus le nombre de cycles de fatigue augmente. plus le pic correspondant au cisaillement maximal m2 allant en diminuant. Autrement dit on constate. par la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, le déplacement de la déformation maximale vers l'extrémité du joint adhésif 4, ainsi qu'une diminution de la valeur du cisaillement maximal. Globalement les déformations sont plus faibles b contraintes extérieures égales. Toutes les contraintes internes sont mieux réparties dans la masse du joint adhésif 4 On consta te de ce fait une amélioration de la résistance à la traction si on réalise les essais de traction après le traite ment Ce glissement du pic de la contrainte de cisaillement vers l'extrémité du joint est également mis en évidence par les diagrammes des figures 4 et 5.Ces diagrammes repré sentent la variation de la déformation superficielle repré sentée en abscisse exprimée en micromètres par mètre en fonction de l'effort exercé F porté en ordonnée. exprimé an décanewtons. Les courbes illustrées sur le diagramme de la figure 4 sont celles qui ont été relevées par la première jauge J1 qui est la plus proche de l'extrémité 0 du joint adhésif 4 (distance entre l'extrémité ou origine O et l'axe de la jauge : 2.5mm). Les courbes jl-l,jl-2.jl 3,jl 4.jl 5 et jl 6 correspondent respectivement aux résultats obtenus après des nombres de cycles de fatigue égaux à O autrement dit à 1' état brut après collage. 27000.540OO.lO8ODO.l62000 et 216000. Les courbes j2-l,j2-2,j2-3,j2-.4,j2-5 et j2-6 correspondent à ces mêmes mesuras, effectuées après les mêmes nombres de cycles de fatigue à l'endroit de la jauge suivante 32 située 4 millimètres plus loin , c'est-à-dire à une distance x de 6.5 millimètres de 1' extrémité 0 du joint. On voit, d'après ces diagrammes. que le glissement DU déplacement du pic de la contrainte de cisaillement devient de plus en plus petit, lorsque l'on s'éloiqne du bord libre. c'est dire de l'extrémité O du joint et par conséquent la contrainte devient de plus en plus homogène le long du recouvrement. REVENDICATIONS 1.-Procédé pour augmenter la résistance mécanique à la formation de microfissures dans un joint adhésif structural entre deux pièces ou dans une masse de multimatérisu constitué par un agglomérat ou un agrégat de particulessolides assemblées par un liant. tel que, notamment. micromortier, mortier et béton. caractérisé en ce qu on soumet le joint adhésif (4) à un effort variant périodiquement et d'intensité maximale inférieure au seuil d'amorçage des microfissures. c'est-à-dire en restant toujours dans le domaine élastique global de l'assemblage. 2.- Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'on fait varier périodiquement l'effort à une fréquence de l'ordre de 30Hz ou supérieure. 3.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'on fait varier 1 'ef- fort suivant un cycle sinusoldal ou sensiblement sinusoldal.