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Projet WHFF 2017.20
Pedro Palma, René Steiger, Empa
Description du projet
Les plastiques renforcés de fibres (PRF) offrent certains avantages par rapport à d'autres types de renforts : ils présentent ainsi une capacité de charge élevée, une résistance aux conditions environnementales difficiles et un rapport résistance/poids élevé. Les structures en bois peuvent être renforcées directement lors de la fabrication ou plus tard sur le chantier, que ce soit de manière passive ou active.
Les PRF peuvent également être utilisés à la place de pièces en acier (par exemple, à la place de moyens d'assemblage en forme de tige).
En raison des nombreux avantages mais aussi des inconvénients des PRF dans les constructions en bois, il est utile de comprendre pleinement les propriétés des deux matériaux ainsi que leur comportement afin de pouvoir exploiter pleinement le potentiel des assemblages. C'est pourquoi les chercheurs Pedro Palma et René Steiger ont rassemblé dans une publication complète les travaux de recherche et de développement réalisés jusqu'en 2020.
La recherche bibliographique comprend :
La collecte et la description des propriétés des matériaux du bois et des PRF (avantages et inconvénients de chaque matériau) et une comparaison des propriétés des PRF avec des matériaux de renforcement alternatifs qui ne sont pas des PRF.
Un aperçu des principales études de recherche et de développement qui ont été menées, ainsi qu'un bref résumé de leurs résultats.
Des exemples d'applications pratiques.
Dans ce rapport, les chercheurs se sont également concentrés sur l'efficacité de différentes méthodes de renforcement et ont analysé différents aspects et méthodes des applications des PRF.
Ils ont notamment analysé le renforcement d'éléments en bois avec des PRF, le comportement de ces matériaux au feu, au cisaillement et à la traction perpendiculaire aux fibres, la comparaison avec des éléments de renforcement en acier, le comportement de l'assemblage bois- PRF et enfin les aspects écologiques liés à la réutilisation, au recyclage et à l'élimination des PRF.
Conclusions
La plupart des études réalisées au cours des deux dernières décennies portent sur les poutres en bois lamellé-collé et sur l'amélioration de leur résistance à la flexion grâce aux PRF. Des améliorations de la capacité portante et de la rigidité des poutres en bois lamellé-collé ont été observées en collant les composites PRF directement sur la face de traction des poutres et également en noyant uniquement les fibres dans la colle à bois.
En ce qui concerne les contraintes de cisaillement et de traction perpendiculaires aux fibres, les recherches sont beaucoup plus limitées, mais le renforcement par l'application de composites PRF sur les faces latérales des éléments en bois est une stratégie efficace, mais peu esthétique. Les renforcements internes en cisaillement et en traction avec des composites PRF collés ne semblent pas présenter d'avantages significatifs par rapport aux renforcements actuels avec des vis autotaraudeuses.
Les renforts à base de PRF sont confrontés à de nombreux matériaux concurrents bien établis. Pour le renforcement longitudinal (c.-à-d. flexion, compression), la principale alternative est l'utilisation de matériaux en bois très performants (p. ex. contreplaqué d'épicéa ou de hêtre), qui peuvent être facilement intégrés dans les processus de production existants. Pour le renforcement transversal (c'est-à-dire le cisaillement et la traction perpendiculaires aux fibres), les principales alternatives sont les vis autotaraudeuses et les barres d'acier collées. Les armatures en acier ont le grand avantage de pouvoir être facilement usinées et reliées à d'autres éléments structurels et de permettre facilement une rupture ductile. Souvent, ces matériaux sont soit plus performants que les PRF, soit moins chers, et leurs performances sont plus largement décrites dans la littérature.
La question des aspects écologiques liés à la réutilisation, au recyclage et à l'élimination des PRF est loin d'être résolue, mais elle est d'une actualité brûlante et constitue un défi pour l'établissement des assemblages PRF -bois. Tant que cette question reste sans réponse, l'avantage écologique de l'utilisation du bois semble être éclipsé.
Le projet a été soutenu par l'Encouragement de la recherche sur la forêt et le bois en Suisse (WHFF-CH) de l'Office fédéral de l'environnement (OFEV).