FR3054038A1 - METHOD FOR DETERMINING PARAMETERS DEFINING COHESIVE LAWS REPRESENTING THE BEHAVIOR OF A MORTAR JOINT BETWEEN TWO STONES - Google Patents
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Abstract
Il est proposé un procédé de détermination de paramètres mécaniques définissant le comportement cohésif d'assemblages de pierres par un joint de mortier. Dans un premier temps des assemblages de test composés desdites pierres et dudit mortier sont fabriqués. Le procédé comporte une étape de mise en traction d'au moins un assemblage et de mesure des déplacements en fonction de la contrainte de traction exercées, une étape de cisaillement d'au moins un assemblage et de mesure des déplacements en fonction de la contrainte de cisaillement exercées, une étape de traitement de l'ensemble des mesures pour fournir une liste de valeurs de paramètres définissant la loi cohésive basée sur une approximation bilinéaire du comportement adoucissant du joint, cette loi cohésive caractérisant ledit assemblage. De cette manière, le protocole expérimental permettant de définir les paramètres de loi cohésive s'appuie sur les résultats effectués au cours de deux type d'essais : un essai de traction et un essai de cisaillement. Les premiers essais permettent la visualisation directe des comportements adoucissants en traction et cisaillement de l'assemblage.There is provided a method of determining mechanical parameters defining the cohesive behavior of stone assemblies by a mortar joint. At first, test assemblies composed of said stones and said mortar are manufactured. The method comprises a step of pulling at least one assembly and measuring the displacements as a function of the tensile stress exerted, a step of shearing at least one assembly and measuring displacements as a function of the stress of shearing exerted, a step of processing the set of measurements to provide a list of parameter values defining the cohesive law based on a bilinear approximation of the softening behavior of the joint, this cohesive law characterizing said assembly. In this way, the experimental protocol for defining cohesive law parameters is based on the results of two types of tests: a tensile test and a shear test. The first tests allow the direct visualization of softening behaviors in tension and shearing of the assembly.
Description
Titulaire(s) : AIA INGENIERIE Société par actions simplifiée, UNIVERSITE DE BORDEAUX Etablissement public.Holder (s): AIA INGENIERIE Simplified joint-stock company, UNIVERSITE DE BORDEAUX Public establishment.
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Mandataire(s) : CABINET PATRICE VIDON.Agent (s): CABINET PATRICE VIDON.
PROCEDE DE DETERMINATION DE PARAMETRES DEFINISSANT DES LOIS COHESIVES REPRESENTANT LE COMPORTEMENT D'UN JOINT DE MORTIER ENTRE DEUX PIERRES.PROCESS FOR DETERMINING PARAMETERS DEFINING COHESIVE LAWS REPRESENTING THE BEHAVIOR OF A MORTAR JOINT BETWEEN TWO STONES.
FR 3 054 038 - A1FR 3 054 038 - A1
My H est proposé un procédé de détermination de paramétrés mécaniques définissant le comportement cohésif d'assemblages de pierres par un joint de mortier. Dans un premier temps des assemblages de test composés desdites pierres et dudit mortier sont fabriqués. Le procédé comporte une étape de mise en traction d'au moins un assemblage et de mesure des déplacements en fonction de la contrainte de traction exercées, une étape de cisaillement d'au moins un assemblage et de mesure des déplacements en fonction de la contrainte de cisaillement exercées, une étape de traitement de l'ensemble des mesures pour fournir une liste de valeurs de paramètres définissant la loi cohésive basée sur une approximation bilinéaire du comportement adoucissant du joint, cette loi cohésive caractérisant ledit assemblage. De cette manière, le protocole expérimental permettant de définir les paramètres de loi cohésive s'appuie sur les résultats effectués au cours de deux type d'essais: un essai de traction et un essai de cisaillement. Les premiers essais permettent la visualisation directe des comportements adoucissants en traction et cisaillement de l'assemblage.My H is proposed a method for determining mechanical parameters defining the cohesive behavior of stone assemblies by a mortar joint. Firstly, test assemblies composed of said stones and of said mortar are manufactured. The method comprises a step of pulling at least one assembly and measuring the displacements as a function of the tensile stress exerted, a step of shearing at least one assembly and measuring the displacements as a function of the stress of shear exerted, a step of processing all the measurements to provide a list of parameter values defining the cohesive law based on a bilinear approximation of the softening behavior of the joint, this cohesive law characterizing said assembly. In this way, the experimental protocol allowing to define the parameters of cohesive law is based on the results carried out during two types of tests: a tensile test and a shear test. The first tests allow direct visualization of the softening behaviors in tension and shear of the assembly.
DEBUTBEGINNING
Procédé de détermination de paramètres définissant des lois cohésives représentant le comportement d’un joint de mortier entre deux pierresMethod for determining parameters defining cohesive laws representing the behavior of a mortar joint between two stones
1. DOMAINE DE L’INVENTION1. FIELD OF THE INVENTION
Le domaine de l’invention est celui de la détermination de paramètres définissant une loi cohésive décrivant le comportement mécanique d’un assemblage de pierres ou briques réalisé par l’intermédiaire de joints de mortier. L’invention décrite dans la présente demande est applicable à la construction et au bâtiment. Cette détermination est obtenue plus particulièrement en utilisant deux dispositifs de test réalisant une mise en traction et un cisaillement d’échantillon de construction. La détermination des paramètres s’effectue en traitant les mesures effectuées au cours de ces essais et notamment lors de la phase adoucissante accompagnant l’endommagement progressif de l’assemblage.The field of the invention is that of the determination of parameters defining a cohesive law describing the mechanical behavior of an assembly of stones or bricks produced by means of mortar joints. The invention described in this application is applicable to construction and building. This determination is obtained more particularly by using two test devices carrying out tensioning and shearing of the construction sample. The parameters are determined by processing the measurements made during these tests and in particular during the softening phase accompanying the progressive damage to the assembly.
2. ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE2. TECHNOLOGICAL BACKGROUND
Dans le domaine de la construction, il est souvent utile de réaliser des études de structures permettant d’évaluer la solidité d’une construction et de déterminer les caractéristiques des matériaux utilisés en vue d’assurer la solidité voulue, tels que des assemblages de pierres et de mortier. Lorsque le client impose certains types d’assemblages pour la construction d’un bâtiment, l’étude prend en compte les paramètres cohésifs de ces assemblages pour dimensionner la structure porteuse. Outre la complexité de son comportement, la maçonnerie rassemble une grande diversité d’assemblages possibles qui compliquent sa caractérisation. Pour ne pas courir de risques, la réglementation impose de prendre des marges de sécurité importantes qui conduisent à un surdimensionnement conséquent de ce type de structure.In the field of construction, it is often useful to carry out structural studies making it possible to assess the solidity of a construction and to determine the characteristics of the materials used with a view to ensuring the desired solidity, such as assemblies of stones. and mortar. When the client imposes certain types of assemblies for the construction of a building, the study takes into account the cohesive parameters of these assemblies to size the load-bearing structure. In addition to the complexity of its behavior, masonry brings together a wide variety of possible assemblies which complicate its characterization. In order not to run any risks, the regulations impose to take significant safety margins which lead to a significant oversizing of this type of structure.
Dans le cas de la rénovation, la situation est plus complexe car la réglementation est plutôt adaptée à la construction neuve qu’à l’étude de bâtiments existants. De plus, la rénovation entraîne souvent l’utilisation de matériaux différents pour remplacer d’anciens matériaux difficiles à travailler ou trop coûteux. Il importe alors de déterminer si ces nouveaux assemblages réagissent de la même manière (ou mieux) que les anciens assemblages. Par exemple : un mur ancien de pierres, comment un mur ancien se comporte dans un effort de cisaillement (vent, poussée de terre, ...). Pour répondre à cette question, il est nécessaire de définir le comportement des blocs assemblés les uns aux autres par des joints (au mortier par exemple). Un tel comportement peut être défini par une loi cohésive relative au joint réalisant l’assemblage entre blocs de pierre, c’est à dire un loi dépendante du type de pierres assemblées et de la nature du mortier constituant le joint.In the case of renovation, the situation is more complex because the regulations are more suited to new construction than to the study of existing buildings. In addition, renovation often involves the use of different materials to replace old materials that are difficult to work or too expensive. It is therefore important to determine whether these new assemblies react in the same way (or better) than the old assemblies. For example: an old stone wall, how an old wall behaves in a shear stress (wind, earth push, ...). To answer this question, it is necessary to define the behavior of the blocks assembled to each other by joints (with mortar for example). Such behavior can be defined by a cohesive law relating to the joint performing the assembly between blocks of stone, that is to say a law dependent on the type of stones assembled and the nature of the mortar constituting the joint.
Les paramètres de la loi cohésive permettent de définir les lois d’interaction entre blocs visant à traduire les comportements inter-blocs. Dans le cas des joints vifs, cette loi d’interaction correspond à une loi de Coulomb (loi de frottement). Néanmoins, dans le cas plus courant correspondant à une maçonnerie présentant des joints de mortier, le comportement à décrire est plus complexe et doit prendre en compte le comportement quasi-fragile de l’interface traduisant l’endommagement progressif du joint et la dissipation d’énergie associée (appelé également comportement adoucissant) précédant la rupture du joint. Les paramètres cohésifs décrivant cette loi d’interaction peuvent être déterminés à partir d’une caractérisation expérimentale du comportement de l’assemblage bloc/mortier considéré.The parameters of the cohesive law make it possible to define the laws of interaction between blocks aiming to translate the inter-block behaviors. In the case of live joints, this interaction law corresponds to a Coulomb law (friction law). However, in the more common case corresponding to masonry with mortar joints, the behavior to be described is more complex and must take into account the quasi-fragile behavior of the interface reflecting the progressive damage to the joint and the dissipation of associated energy (also called softening behavior) preceding the rupture of the joint. The cohesive parameters describing this interaction law can be determined from an experimental characterization of the behavior of the block / mortar assembly considered.
Une fois que ces paramètres définissant une loi cohésive sont déterminés, leurs valeurs sont introduites en tant que paramètres d’entrée dans un logiciel de simulation du comportement d’une structure utilisant un assemblage de pierre et de mortier. Un tel logiciel de simulation permet aux bureaux d’études d’estimer le comportement réel des joints de mortier utilisés dans les constructions maçonnées, que ces joints soient neufs ou anciens. C’est pourquoi la détermination des paramètres cohésifs est une étape essentielle du dimensionnement prédictif des ouvrages maçonnés.Once these parameters defining a cohesive law are determined, their values are introduced as input parameters in software for simulating the behavior of a structure using an assembly of stone and mortar. Such simulation software allows design offices to estimate the actual behavior of mortar joints used in masonry constructions, whether these joints are new or old. This is why determining the cohesive parameters is an essential step in the predictive design of masonry structures.
On voit donc la nécessité de définir un protocole expérimental permettant d’estimer l’ensemble des paramètres mécaniques nécessaires à la définition de la loi d’interaction et ce à partir d’un nombre réduit d’essais. Il est également utile de fournir d’autres dispositifs permettant de fournir des essais avec un taux de rejet le plus faible possible.We therefore see the need to define an experimental protocol to estimate all the mechanical parameters necessary for the definition of the interaction law and this from a reduced number of tests. It is also useful to provide other devices to provide tests with the lowest possible rejection rate.
3. EXPOSÉ DE L’INVENTION3. STATEMENT OF THE INVENTION
Dans un mode de réalisation particulier de l’invention, il est proposé un procédé de détermination de paramètres mécaniques définissant le comportement cohésif d’assemblages de pierres par un joint de mortier. Dans un premier temps des assemblages de test composés desdites pierres et dudit mortier sont fabriqués. Le procédé comporte une étape de mise en traction d’au moins un assemblage et de mesure des déplacements en fonction des contraintes de traction exercées, une étape de cisaillement d’au moins un assemblage et de mesure des déplacements en fonction des contraintes de cisaillement exercées, une étape de traitement de l’ensemble des mesures pour fournir une liste de valeurs de paramètres définissant une loi cohésive basée sur un comportement bilinéaire à partir du début de la rupture du joint, cette loi cohésive caractérisant ledit assemblage.In a particular embodiment of the invention, there is proposed a method for determining mechanical parameters defining the cohesive behavior of stone assemblies by a mortar joint. Firstly, test assemblies composed of said stones and of said mortar are manufactured. The method comprises a step of pulling at least one assembly and measuring the displacements as a function of the tensile stresses exerted, a step of shearing at least one assembly and measuring the displacements as a function of the shear stresses exerted , a step of processing all the measurements to provide a list of parameter values defining a cohesive law based on bilinear behavior from the start of the rupture of the joint, this cohesive law characterizing said assembly.
De cette manière, le protocole expérimental permettant de définir les paramètres de loi cohésive s’appuie sur les résultats effectués au cours de deux type d’essais : un essai de traction et un essai de cisaillement. Les premiers essais permettent la visualisation directe des comportements adoucissants lors d’ouverture de fissure. Les seconds essais en mode de glissement plan permettent de calculer les paramètres cohésifs et frictionnels. Les résultats de ces deux essais permettent de définir l’ensemble des paramètres cohésifs et notamment le comportement bilinéaire de la phase adoucissante caractérisant ce type d’assemblage de pierre et de mortier.In this way, the experimental protocol for defining the parameters of cohesive law is based on the results carried out during two types of tests: a tensile test and a shear test. The first tests allow the direct visualization of the softening behaviors during crack opening. The second tests in plane sliding mode make it possible to calculate the cohesive and frictional parameters. The results of these two tests make it possible to define all of the cohesive parameters and in particular the bilinear behavior of the softening phase characterizing this type of assembly of stone and mortar.
Selon un mode particulier de réalisation, l’évolution de la valeur de la contrainte exercée sur les assemblages comporte un extrémum suivi d’une forme concave, cette forme concave commençant par une diminution rapide de la contrainte suivie d’une diminution lente, l’absence de cette forme concave dans les mesures effectuées sur un assemblage entraîne le rejet de ces mesures pour le calcul des paramètres de loi cohésive. De cette manière, il est possible d’améliorer les résultats en rejetant certains essais sur des assemblages non représentatifs.According to a particular embodiment, the evolution of the value of the stress exerted on the assemblies comprises an extremum followed by a concave shape, this concave shape starting with a rapid decrease in the stress followed by a slow decrease, the absence of this concave form in the measurements carried out on an assembly involves the rejection of these measurements for the calculation of the parameters of cohesive law. In this way, it is possible to improve the results by rejecting certain tests on unrepresentative assemblies.
Selon un autre mode de réalisation, les paramètres définissant la loi cohésive en traction comportent au moins les paramètres suivants :According to another embodiment, the parameters defining the cohesive law in traction include at least the following parameters:
- la raideur en traction du joint obtenue par une régression linéaire des mesures effectuées dans la partie initiale de la réponse précédant l’extrémum correspondant à la réponse élastique de l’assemblage avec un pic dans les valeurs de mesures,- the tensile stiffness of the joint obtained by a linear regression of the measurements made in the initial part of the response preceding the extremum corresponding to the elastic response of the assembly with a peak in the measurement values,
- l’énergie de rupture,- the breaking energy,
- la résistance en traction,- tensile strength,
- l’ouverture ultime.- the ultimate opening.
De cette manière, les paramètres de loi cohésive associés à l’essai de traction sont parfaitement définis.In this way, the cohesive law parameters associated with the tensile test are perfectly defined.
Selon un autre mode de réalisation, lors de l’étape de cisaillement, l’évolution de la valeur de la contrainte exercée sur les assemblages décroît selon une pente qui va diminuant pour devenir quasi nulle, la valeur de contrainte appliquée lorsque la pente est quasi nulle constitue la contrainte résiduelle liée au phénomène de frottement. De cette manière, les paramètres de loi cohésive associés au test de cisaillement sont complétés par la prise en compte du frottement entre les blocs lorsque le joint est complètement détruit.According to another embodiment, during the shearing step, the change in the value of the stress exerted on the assemblies decreases according to a slope which decreases to become almost zero, the stress value applied when the slope is almost null constitutes the residual stress related to the phenomenon of friction. In this way, the cohesive law parameters associated with the shear test are supplemented by taking into account the friction between the blocks when the joint is completely destroyed.
Selon un autre mode de réalisation, les paramètres définissant la loi cohésive en cisaillement comportent au moins les paramètres suivants :According to another embodiment, the parameters defining the cohesive law in shear comprise at least the following parameters:
- raideur en traction du joint obtenue par une régression linéaire des mesures effectuées dans la partie initiale de la réponse précédant l’extrémum correspondant à la réponse élastique de l’assemblage avec un pic dans les valeurs de mesures,- tensile stiffness of the joint obtained by a linear regression of the measurements made in the initial part of the response preceding the extremum corresponding to the elastic response of the assembly with a peak in the measurement values,
- contrainte de cisaillement maximale,- maximum shear stress,
- énergie de rupture de mode II,- mode II breaking energy,
- déplacement ultime de cisaillement,- ultimate shear displacement,
- coefficient de frottement.- coefficient of friction.
De cette manière, les paramètres de loi cohésive associés à l’essai de cisaillement sont parfaitement définis.In this way, the cohesive law parameters associated with the shear test are perfectly defined.
Les essais de traction et de cisaillement sont réalisés sous condition de déplacement imposé et régulé, et nécessitent à ce titre un asservissement de l’essai par rapport aux déplacements d’ouverture et de cisaillement mesurés au niveau du/des joints de l’échantillon.The tensile and shear tests are carried out under conditions of imposed and regulated displacement, and as such require a control of the test in relation to the opening and shear displacements measured at the level of the sample joints.
Selon un autre mode de réalisation, les étapes de mise en traction et de cisaillement comportent une étape de régulation du déplacement des pierres formant l’assemblage sous les contraintes exercées, la vitesse régulée du déplacement étant faible avant l’extrémum et plus importante ensuite. De cette manière, l’essai est plus rapide.According to another embodiment, the steps of tensioning and shearing include a step of regulating the movement of the stones forming the assembly under the stresses exerted, the regulated speed of movement being low before the extremum and more important thereafter. In this way, the test is faster.
Selon un autre aspect, l’invention concerne un dispositif de test de traction pour la détermination de paramètres mécaniques définissant le comportement cohésif d’un assemblage composé de deux pierres assemblées par un joint de mortier, le dit dispositif utilisant au moins un assemblage de test composé desdites pierres et dudit mortier. Ce dispositif comporte deux équipages formant des cavités dont les ouvertures se font face et s’éloignent l’un de l’autre sous l’action d’un module de contrôle, la forme de la cavité épousant les cotés de l’assemblage de test avec un certain jeu, la fixation de l’assemblage de test étant assurée par injection de colle entre les flancs internes des deux cavités et les cotés dudit l’assemblage, le dispositif de test comportant un moyen de mesure de l’écartement entre les deux pierres en fonction de la force de traction pour éloigner l’un de l’autre les deux équipages.According to another aspect, the invention relates to a tensile test device for determining mechanical parameters defining the cohesive behavior of an assembly composed of two stones assembled by a mortar joint, said device using at least one test assembly composed of said stones and said mortar. This device comprises two crews forming cavities whose openings face each other and move away from each other under the action of a control module, the shape of the cavity conforming to the sides of the test assembly. with a certain play, the fixing of the test assembly being ensured by injection of glue between the internal sides of the two cavities and the sides of said assembly, the test device comprising a means of measuring the spacing between the two stones according to the pulling force to separate the two crews from each other.
Selon un autre mode de réalisation, les flancs de chaque équipage sont amovibles et se sépare du fond de l’équipage pour le démontage du dispositif à la fin du test. De cette manière, le démontage du dispositif après le test pour mettre en place un nouvel assemblage est facilité.According to another embodiment, the sides of each crew are removable and separate from the bottom of the crew for dismantling the device at the end of the test. In this way, the disassembly of the device after the test to set up a new assembly is facilitated.
Selon un autre aspect, l’invention concerne un dispositif de test de cisaillement pour la détermination de paramètres mécaniques définissant le comportement cohésif d’un assemblage composé de trois pierres juxtaposées et assemblées par deux joints de mortier, ledit dispositif utilisant au moins un assemblage de test composé de trois desdites pierres alignées et assemblées par deux joints de mortier. Ce dispositif comporte deux supports horizontaux placés en-dessous de chaque pierre aux extrémités de l’assemblage, et un plateau mobile exerçant une pression verticale sur la pierre centrale de l’assemblage, le dispositif de test comportant un moyen de mesure du déplacement de la pierre centrale par rapport aux deux autres pierres sous la pression du plateau.According to another aspect, the invention relates to a shear test device for determining mechanical parameters defining the cohesive behavior of an assembly composed of three juxtaposed stones and assembled by two mortar joints, said device using at least one assembly of test composed of three of said stones aligned and assembled by two mortar joints. This device comprises two horizontal supports placed below each stone at the ends of the assembly, and a movable plate exerting vertical pressure on the central stone of the assembly, the test device comprising a means of measuring the displacement of the central stone compared to the other two stones under the pressure of the plate.
Selon un autre mode de réalisation, au moins un support horizontal placé endessous d’une pierre aux extrémités de l’assemblage comporte une rotule permettant une rotation de la dite pierre autour de l’axe longitudinal de l’assemblage. De cette manière, le dispositif s’adapte au défaut de planéité de l’assemblage.According to another embodiment, at least one horizontal support placed below a stone at the ends of the assembly includes a ball joint allowing rotation of said stone around the longitudinal axis of the assembly. In this way, the device adapts to the unevenness of the assembly.
4. LISTE DES FIGURES4. LIST OF FIGURES
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple indicatif et non limitatif, et des dessins annexés, dans lesquels :Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the following description, given by way of non-limiting example, and the attached drawings, in which:
la figure 1 représente un certain nombre d’assemblages de test en cours de fabrication à Laide d’un gabarit, la figure 2 illustre les principales étapes du procédé selon un exemple préféré de réalisation, la figure 3 présente un schéma d’un dispositif de test en traction directe selon un exemple de réalisation, la figure 4 présente des images illustrant la préparation du test de traction selon un exemple de réalisation, la figure 5 présente une courbe type tracée à partir des mesures contraintedéplacement effectuées lors d‘un test de traction, la figure 6 présente un schéma d’un dispositif de test en cisaillement selon un exemple de réalisation, la figure 7 présente une courbe type tracée à partir des mesures contraintedéplacement effectuées lors d‘un test de cisaillement, la figure 8 présente une façon d’illustrer les comportements cohésifs associés aux modes purs I et II et les paramètres associés, la figure 9 présente en perspective un dispositif de test doté d’une rotule selon un perfectionnement, la figure 10 présente en détail la rotule du dispositif de test selon un perfectionnement.FIG. 1 represents a certain number of test assemblies during manufacture using a template, FIG. 2 illustrates the main steps of the method according to a preferred embodiment, FIG. 3 presents a diagram of a device for direct traction test according to an exemplary embodiment, FIG. 4 presents images illustrating the preparation of the tensile test according to an exemplary embodiment, FIG. 5 presents a typical curve plotted from the constrained displacement measurements carried out during a tensile test , Figure 6 shows a diagram of a shear test device according to an exemplary embodiment, Figure 7 shows a typical curve plotted from the constrained displacement measurements made during a shear test, Figure 8 shows a way of '' illustrate the cohesive behaviors associated with pure modes I and II and the associated parameters, Figure 9 presents in perspective u n test device provided with a ball joint according to an improvement, FIG. 10 shows in detail the ball joint of the test device according to an improvement.
DESCRIPTION DÉTAILLÉEDETAILED DESCRIPTION
Sur toutes les figures du présent document, les éléments (ou les étapes) identiques sont désignées par une même référence numérique.In all the figures in this document, identical elements (or steps) are designated by the same reference numeral.
5.1 Fabrication des assemblages de test5.1 Manufacturing of test assemblies
On présente maintenant, en relation avec la Fig. 1, une image représentant un certain nombre d’assemblages de test 1 en cours de fabrication. Pour garantir la reproductibilité des résultats, il importe que les assemblages utilisés pour les tests permettent leurs représentativités et soient de même dimension. Pour cela, les assemblages sont composés de deux ou trois blocs de pierre 2 assemblés par une couche de mortier formant un joint 3 d’une épaisseur déterminée. Selon l’exemple de réalisation utilisé pour le prototype, les blocs de pierre ont une dimension de 7 x 10 x 10 centimètres, et l’épaisseur du joint est de 1cm +/- 1 millimètres. Les blocs utilisés doivent être taillés précisément (faces perpendiculaires et tolérance dimensionnelle de ±0,5mm). De plus, afin de garantir deux faces de référence perpendiculaires, les assemblages de test sont assemblés dans des gabarits 4 représentés à la Fig.l. Après assemblage, les assemblages de test 1 sont humidifiés pendant 5 jours afin d’éviter une prise trop rapide du mortier et limiter les fissures dues au retrait. Le mortier utilisé selon le procédé est un mélange de sable et de ciment ou de chaux, ou tout autre liant hydraulique se solidifiant avec le temps et adhérant à la pierre.We now present, in relation to FIG. 1, an image representing a number of test assemblies 1 being manufactured. To guarantee the reproducibility of the results, it is important that the assemblies used for the tests allow their representativities and are of the same dimension. For this, the assemblies are composed of two or three blocks of stone 2 assembled by a layer of mortar forming a joint 3 of a determined thickness. According to the exemplary embodiment used for the prototype, the stone blocks have a dimension of 7 x 10 x 10 centimeters, and the thickness of the joint is 1cm +/- 1 millimeters. The blocks used must be cut precisely (perpendicular faces and dimensional tolerance of ± 0.5mm). In addition, in order to guarantee two perpendicular reference faces, the test assemblies are assembled in jigs 4 shown in Fig.l. After assembly, test assemblies 1 are humidified for 5 days to avoid too rapid setting of the mortar and limit cracks due to shrinkage. The mortar used according to the process is a mixture of sand and cement or lime, or any other hydraulic binder which solidifies over time and adheres to the stone.
Ces assemblages sont soumis à des essais de traction pure (appelés par la suite essais en mode I) et des essais de cisaillement pur (appelés par la suite essais en mode II). Ces deux types d’essais conduisent à des cinétiques de rupture en mode I et en modeThese assemblies are subjected to pure tensile tests (hereinafter called mode I tests) and pure shear tests (hereinafter called mode II tests). These two types of tests lead to kinetics of rupture in mode I and in mode
II. Les essais consistent à appliquer une certaine contrainte sur l’assemblage et à mesurer le déplacement des blocs de pierre jusqu’à la rupture totale. Les paramètres mécaniques définissant la loi d’interaction (ou « loi cohésive ») sont déterminés à partir des mesures contrainte-déplacement effectuées lors des essais. L’observation de la phase adoucissante qui intervient après le pic (ou « post pic »), se caractérise par une diminution progressive de la contrainte transférable par le joint associée à l’endommagement, nécessite des équipements de test qui seront détaillés dans les chapitres suivants.II. The tests consist in applying a certain constraint on the assembly and in measuring the displacement of the blocks of stone until the total failure. The mechanical parameters defining the interaction law (or "cohesive law") are determined from the stress-displacement measurements made during the tests. The observation of the softening phase which occurs after the peak (or "post peak"), is characterized by a progressive decrease in the stress transferable by the joint associated with the damage, requires test equipment which will be detailed in the chapters following.
La Fig. 2 illustre les principales étapes du procédé objet de la présente invention. Ce procédé comporte une étape préalable de fabrication d’assemblages de test composés de blocs de pierres et de mortier (étape 2.1). Au cours de l’étape 2.2, au moins un de ces assemblages est soumis à un test de mise en traction au cours duquel le déplacement des deux blocs formant l’assemblage est mesuré. Au cours de l’étape 2.3, au moins un autre assemblage est soumis à un test de cisaillement au cours duquel le déplacement des trois blocs formant l’assemblage est mesuré. Une fois ces deux tests effectués, au cours de l’étape 2.4, les mesures sont traitées par un moyen de calcul, typiquement un ordinateur déroulant un programme, pour fournir une liste de valeurs de paramètres définissant la loi cohésive caractérisant les assemblages.Fig. 2 illustrates the main steps of the process which is the subject of the present invention. This process includes a preliminary step of manufacturing test assemblies composed of blocks of stones and mortar (step 2.1). During step 2.2, at least one of these assemblies is subjected to a tensile test during which the displacement of the two blocks forming the assembly is measured. During step 2.3, at least one other assembly is subjected to a shear test during which the displacement of the three blocks forming the assembly is measured. Once these two tests have been carried out, during step 2.4, the measurements are processed by a calculation means, typically a computer running a program, to provide a list of parameter values defining the cohesive law characterizing the assemblies.
Le protocole expérimental comporte seulement deux types de test (un essai de traction et un essai de cisaillement) pour définir les paramètres mécaniques nécessaires à la définition de la loi d’interaction. Chacun de ces tests peut s’effectuer sur un seul assemblage, mais il est conseillé d’en faire plusieurs et de prendre la moyenne des valeurs. Ces deux tests mettent notamment en évidence les comportements adoucissants en mode d’ouverture de fissure (mode I) et en mode de glissement plan (mode II) pour mieux évaluer les paramètres cohésifs et frictionnels qui les caractérisent.The experimental protocol includes only two types of test (a tensile test and a shear test) to define the mechanical parameters necessary for the definition of the interaction law. Each of these tests can be performed on a single assembly, but it is advisable to make several and take the average of the values. These two tests notably highlight the softening behaviors in crack opening mode (mode I) and in plane sliding mode (mode II) to better assess the cohesive and frictional parameters that characterize them.
Les étapes de test ainsi que les équipements utilisés vont maintenant être décrits.The test steps as well as the equipment used will now be described.
5.2 Test en traction (mode I)5.2 Tensile test (mode I)
On présente maintenant, en relation avec la Fig 3, le schéma d’un dispositif de test en traction directe selon un exemple de réalisation. Ce dispositif est particulièrement avantageux car il permet de minimiser le moment de flexion au niveau du joint, et d’améliorer la précision de la mesure du comportement adoucissant, dans la mesure ou le comportement des assemblages en traction est particulièrement fragile et met enjeu des déplacements très faibles (de l’ordre de quelques microns).We now present, in relation to Fig 3, the diagram of a direct traction test device according to an exemplary embodiment. This device is particularly advantageous because it makes it possible to minimize the bending moment at the joint, and to improve the accuracy of the measurement of the softening behavior, since the behavior of the assemblies in tension is particularly fragile and involves displacement. very weak (of the order of a few microns).
Le dispositif de test 10 représenté sur la Fig. 3 comporte deux équipages 10 situés l’un au-dessus de l’autre et formant des cavités dont les ouvertures se font face.The test device 10 shown in FIG. 3 comprises two crews 10 located one above the other and forming cavities whose openings face each other.
Les cavités sont rectangulaires, de préférence carrées, possèdent un fond plat et quatre flancs 11 d’une hauteur inférieure à la hauteur d’un bloc de pierre 3, de façon à laisser le joint 4 apparent et deux centimètre de pierre visibles de part et d’autre du joint. Les flancs sont avantageusement amovibles et se fixent en partie basse au fond par des visThe cavities are rectangular, preferably square, have a flat bottom and four sides 11 of a height less than the height of a block of stone 3, so as to leave the joint 4 visible and two centimeters of stone visible from both sides. on the other side of the joint. The sides are advantageously removable and are fixed at the bottom to the bottom by screws
12. Par exemple, pour un bloc de 70 millimètres de haut, le flanc dépasse du fond de 50 millimètres. Dans tous les cas, la forme de la cavité épouse les cotés de l’assemblage de test avec un certain jeu. Par exemple, pour un bloc de section 100 millimètres par 100 millimètres, les réservations présentent une section légèrement supérieure : 105 millimètres par 105 millimètres. La liaison entre le spécimen et l’équipage est assurée par collage (colle époxy par exemple), la colle étant injectée entre l’équipage et l’échantillon par des orifices d’injection disposés en partie basse des équipages. Seules les faces latérales de l’échantillon sont ainsi collés aux équipages. Pour éviter le collage au fond des équipages, une feuille de matériau inerte peut être placée (du téflon par exemple).12. For example, for a block 70 millimeters high, the side protrudes from the bottom by 50 millimeters. In all cases, the shape of the cavity follows the sides of the test assembly with a certain play. For example, for a block of section 100 millimeters by 100 millimeters, the reservations have a slightly larger section: 105 millimeters by 105 millimeters. The connection between the specimen and the crew is ensured by bonding (epoxy glue for example), the glue being injected between the crew and the sample by injection orifices arranged in the lower part of the crews. Only the side faces of the sample are thus glued to the crews. To avoid sticking to the bottom of the crews, a sheet of inert material can be placed (teflon for example).
Au cours de l’essai, les équipages 10 se déplacent en s’éloignant selon une direction normale au fond de la cavité sous l’action d’un module de contrôle. Le déplacement représenté par la flèche en haut de la figure, est guidé par un vérin pour maintenir un bon parallélisme entre les fonds de équipages. Le module de contrôle (non représenté sur la Ligure) applique une force de traction déterminée sur l’un et/ou l’autre équipage 10 pour assurer une vitesse d’éloignement constante, selon une régulation de type PID. Cette régulation permet d’améliorer le temps de réaction de la machine d’essai et de produire la courbe en pic caractéristique de ce type d‘assemblages.During the test, the crews 10 move away in a normal direction at the bottom of the cavity under the action of a control module. The movement represented by the arrow at the top of the figure is guided by a jack to maintain good parallelism between the crew bottoms. The control module (not shown in Liguria) applies a determined tractive force to one and / or the other crew 10 to ensure a constant distance speed, according to PID type regulation. This regulation improves the reaction time of the testing machine and produces the peak curve characteristic of this type of assembly.
La mesure du déplacement d’ouverture est réalisée au niveau du joint. Selon un mode préféré de réalisation, la mesure s’effectue par 4 extensomètres 13 placés aux quatre coins de l’éprouvette. En reprenant les mesures des blocs et des équipages mentionnées précédemment, 4 centimètres ajoutés à l’épaisseur du joint sont disponibles pour placer les extensomètres de chaque coté du joint 3, en fixant les extrémités aux blocs de pierre 3. Le nombre et la localisation des extensomètres permettent de détecter une ouverture non uniforme du joint qui s’amorcera préférentiellement à partir d’un angle. En effet, malgré l’utilisation d’un montage encastré, le joint a généralement tendance à s’ouvrir à partir d’un angle tandis qu’il se referme du coté de l’angle opposé sous l’effet de la flexion induite. Au cours de l’essai, l’unité de contrôle reçoit les signaux provenant des extensomètres et calcule la moyenne des mesures.The opening displacement is measured at the joint. According to a preferred embodiment, the measurement is carried out by 4 extensometers 13 placed at the four corners of the test piece. By taking the measurements of the blocks and the crews mentioned above, 4 centimeters added to the thickness of the joint are available to place the extensometers on each side of the joint 3, fixing the ends to the stone blocks 3. The number and location of the Extensometers make it possible to detect a non-uniform opening of the joint which will preferably start from an angle. Indeed, despite the use of a recessed mounting, the joint generally tends to open from an angle while it closes on the side of the opposite angle under the effect of the induced bending. During the test, the control unit receives the signals from the extensometers and calculates the average of the measurements.
Un tel dispositif a pour avantage de favoriser un endommagement uniforme au sein du joint engendré par le chargement de traction et de limiter la rotation des extrémités de l’assemblage lors de la propagation de la fissure.The advantage of such a device is that it promotes uniform damage within the joint generated by the tensile loading and limits the rotation of the ends of the assembly during the propagation of the crack.
La Fig. 4 présente sous la forme de trois images la préparation du test de traction. Sur l’image de gauche, l’équipage inférieur et la cavité constituée par les quatre flancs sont clairement visibles. Sur l’image du milieu, l’assemblage est positionné sur l’équipage inférieur. Sur l’image de droite, l’équipage supérieur est placé au-dessus de l’assemblage. La colle peut alors être injectée à travers les flancs par des orifices pratiqués à cet effet.Fig. 4 presents in the form of three images the preparation of the tensile test. In the image on the left, the lower crew and the cavity formed by the four sides are clearly visible. In the middle image, the assembly is positioned on the lower crew. In the image on the right, the upper crew is placed above the assembly. The glue can then be injected through the flanks through holes made for this purpose.
La Fig. 5 présente une courbe type tracée à partir des mesures contraintedéplacement effectuées lors d‘un test de traction. Cette courbe est obtenue par l’unité de contrôle pilotant le déplacement des équipages et recevant les mesures des extensomètres. La courbe présente l’éloignement des deux blocs de pierre 3 en millimètres par rapport à la contrainte de traction exprimée en MégaPascal. Cette contrainte représente le rapport de la force de traction sur la section de l’échantillon se présentant perpendiculairement à la direction de traction.Fig. 5 presents a typical curve plotted from the displacement-constraint measurements carried out during a tensile test. This curve is obtained by the control unit controlling the movement of the crews and receiving the measurements from the extensometers. The curve shows the distance of the two stone blocks 3 in millimeters from the tensile stress expressed in MegaPascal. This constraint represents the ratio of the tensile force to the section of the sample presented perpendicular to the direction of traction.
Cette courbe présente un pic significatif jusqu’à un extrémum. En aval de ce pic, l’assemblage résiste à la traction et le déplacement est quasi nul. Soumis à une certaine valeur de contrainte, le joint commence à s’ouvrir, la force appliquée diminue alors brutalement et les blocs commence à s’éloigner nettement. L’endommagement du joint provoque une diminution rapide de la contrainte de traction appliquée aux équipages et un retour élastique des parties saines du spécimen et des joints collés assurant la liaison équipages/spécimen. Ce retour élastique doit être compensé par le dispositif de traction afin d’éviter la rupture brutale du joint. L’asservissement en déplacement s’effectue en prenant en compte la moyenne des valeurs mesurées par les quatre extensomètres. Lors de l’augmentation de la force de traction et jusqu’après le pic de contrainte, la vitesse d’ouverture du joint (c’est à dire, la vitesse du déplacement d’une pierre par rapport à l’autre) est fixée à 0,5/im/min. Durant la phase de post-pic, la vitesse d’ouverture peut être progressivement augmentée de manière à réduire la durée de l’essai.This curve has a significant peak up to an extremum. Downstream of this peak, the assembly resists traction and the displacement is almost zero. Subject to a certain stress value, the joint begins to open, the applied force then abruptly decreases and the blocks begin to move away significantly. Damage to the joint causes a rapid reduction in the tensile stress applied to the crews and an elastic return of the healthy parts of the specimen and of the glued joints ensuring the crew / specimen connection. This elastic return must be compensated by the traction device in order to avoid sudden rupture of the joint. Travel control is carried out by taking into account the average of the values measured by the four extensometers. During the increase of the tensile force and until after the stress peak, the speed of opening of the joint (i.e., the speed of movement of one stone relative to the other) is fixed at 0.5 / im / min. During the post-peak phase, the opening speed can be gradually increased to reduce the duration of the test.
Le traitement des résultats des essais de traction consiste tout d’abord à filtrer les essais. En effet, au cours de certains essais effectués sur certain assemblage, la courbe après le pic n’est pas exploitable. Lorsque, pour un essai, les mesures de déplacement des équipages après le pic ne comportent pas un tracé de forme concave, alors cet essai doit être rejeté et ses valeurs ne sont pas prises en compte pour l’élaboration des paramètres cohésifs. Ce nouveau dispositif de test produit des taux de rejet d’environ 25 % au lieu des 75 % pour les dispositifs antérieurs.Processing the results of the tensile tests consists first of all in filtering the tests. Indeed, during certain tests carried out on certain assemblies, the curve after the peak cannot be used. When, for a test, the displacement measurements of the crews after the peak do not include a concave trace, then this test must be rejected and its values are not taken into account for the development of the cohesive parameters. This new test device produces rejection rates of around 25% compared to 75% for previous devices.
Après filtrage, les essais sont moyennés et une courbe représentative de la cohésion des assemblages est produite. Cette courbe, représentée à la fig. 5, comporte trois parties :After filtering, the tests are averaged and a curve representative of the cohesion of the assemblies is produced. This curve, shown in fig. 5, has three parts:
- Pré-pic : augmentation rapide de la contrainte, très peu de déplacement (quelques microns seulement), cette partie correspond à la réponse élastique de l’assemblage,- Pre-peak: rapid increase in stress, very little displacement (a few microns only), this part corresponds to the elastic response of the assembly,
- Post-pic 1 : Diminution rapide de la contrainte, peu de déplacement,- Post-peak 1: Rapid decrease in stress, little displacement,
- Post-pic 2 : Diminution lente de la contrainte, beaucoup de déplacement.- Post-peak 2: Slow reduction of the stress, a lot of displacement.
Les courbes issues de valeurs de mesures sont approximées par des droites sur la base des moindre carrés, ou par approximation linéaire. Les deux segments de droite obtenus par approximation linéaire pour les parties Post-pic 1 et Post-pic2 représentent une approximation bilinéaire de la partie concave des mesures après le pic c’est à dire la partie adoucissante. La courbe théorique est alors formée de trois segments de droite formant une ligne brisée. Le premier segment commence au point représentant un allongement nul et une force nulle et se termine à l’extrémum de la force El, avec un déplacement quasi nul (régime élastique). Les second et troisième segments approximent la phase adoucissante de l’essai. Deux segments se rejoignant en un point sont placés de façon approximative sur les mesures, et on calcule les écarts entre le point obtenu expérimentalement et le point le plus proche sur le segment. Les écarts sont mis au carré et les résultats sont sommés pour fournir une première valeur. En bougeant les segments légèrement, on peut obtenir une autre valeur. En comparant les valeurs obtenues, on obtient des segments dont les valeurs sont minimales. Le second segment démarre approximativement à partir du pic, et le troisième segment se termine au point de la courbe où la variation de contrainte est quasi nulle.The curves from measurement values are approximated by lines on the basis of the least squares, or by linear approximation. The two straight lines obtained by linear approximation for the Post-pic 1 and Post-pic2 parts represent a bilinear approximation of the concave part of the measurements after the peak, ie the softening part. The theoretical curve is then formed of three straight segments forming a broken line. The first segment begins at the point representing zero elongation and zero force and ends at the extremum of the force El, with almost zero displacement (elastic regime). The second and third segments approximate the softening phase of the test. Two segments joining at a point are placed approximately on the measurements, and the differences between the point obtained experimentally and the nearest point on the segment are calculated. The differences are squared and the results are summed to provide a first value. By moving the segments slightly, you can get another value. By comparing the values obtained, we obtain segments whose values are minimal. The second segment starts approximately from the peak, and the third segment ends at the point on the curve where the stress variation is almost zero.
Les valeurs particulières de paramètres définissant la loi cohésive sont calculées à partir de la courbe théorique. Les paramètres issus du test de traction sont au nombre de quatre :The particular values of parameters defining the cohesive law are calculated from the theoretical curve. There are four parameters from the tensile test:
- la raideur en traction du joint obtenue par une régression linéaire des mesures effectuées dans la partie Pré-pic, exprimée en N/m3,- the tensile stiffness of the joint obtained by a linear regression of the measurements made in the Pre-peak part, expressed in N / m 3 ,
- l’énergie de rupture (aire de la courbe délimitée par les trois segments de droite et l’axe des abcisses), exprimée en J,- the energy of rupture (area of the curve delimited by the three straight line segments and the axis of the abscissae), expressed in J,
- la résistance en traction (contrainte, El), exprimée en Pa,- the tensile strength (stress, El), expressed in Pa,
- l’ouverture ultime, exprimée en m.- the ultimate opening, expressed in m.
5.3 Test en cisaillement (mode II)5.3 Shear test (mode II)
On présente maintenant, en relation avec la Fig. 6, le schéma d’un dispositif de test en cisaillement selon un exemple de réalisation. Les assemblages de test utilisés sont fabriqués à partir de trois blocs alignés 2 assemblés avec deux joints 3, un soin particulier est mis dans l’alignement des faces des trois blocs afin de garantir une surface de référence plane sur une des faces latérales de l’éprouvette. L’obtention d’une surface de référence permettra par la suite de limiter les efforts de flexion ou de torsion parasites lors de l’essai.We now present, in relation to FIG. 6, the diagram of a shear test device according to an exemplary embodiment. The test assemblies used are made from three aligned blocks 2 assembled with two seals 3, particular care is taken in aligning the faces of the three blocks in order to guarantee a plane reference surface on one of the lateral faces of the test tube. Obtaining a reference surface will subsequently make it possible to limit parasitic bending or torsional forces during the test.
L’assemblage est placé sur un dispositif de test 20 comportant un bâti 21 doté de deux supports 22 situés de part et d’autre d’un plateau de cisaillement 23. Les deux blocs aux extrémités de l’assemblage sont fixés l’un et l’autre sur chacun des supports 22 solidarisés au bâti à l’aide d’un clamp supérieur 24 s’étendant devant et derrière sur la figure par des lèvres horizontale. Un système de vis et d’écrou 25 serre solidement le bloc entre le support 22 et le clamp supérieur 24. Le support ne s’étend pas au niveau du joint 3. Le plateau de cisaillement 23 est posé au dessus du bloc au centre de l’assemblage sans recouvrir le joint 3. Le plateau de cisaillement est de plus rotulé en partie supérieure à l’aide d’un élément rotule 26 afin de ne pas transmettre de couple entre le dispositif et le plateau de cisaillement. De cette manière, ce plateau 23 appuie de manière uniforme sur la quasi totalité du chant du bloc de pierre au centre de l’assemblage. La mesure du déplacement du bloc au centre de l’assemblage par rapport aux deux blocs latéraux est réalisée au niveau des joints.The assembly is placed on a test device 20 comprising a frame 21 provided with two supports 22 located on either side of a shear plate 23. The two blocks at the ends of the assembly are fixed one and the other on each of the supports 22 secured to the frame using an upper clamp 24 extending in front and behind in the figure by horizontal lips. A screw and nut system 25 securely clamps the block between the support 22 and the upper clamp 24. The support does not extend at the joint 3. The shear plate 23 is placed above the block in the center of the assembly without covering the joint 3. The shear plate is moreover swiveled in the upper part using a ball joint element 26 so as not to transmit torque between the device and the shear plate. In this way, this plate 23 uniformly presses almost all of the edge of the stone block in the center of the assembly. The displacement of the block in the center of the assembly relative to the two lateral blocks is measured at the joints.
Selon un mode préféré de réalisation, la mesure s’effectue par 4 capteurs de déplacement linéaire 27, ou LVDT (de l’Anglo-saxon « Liner Variable Differential Transformer ») placés de chaque coté du bloc au centre, les deux capteurs pour un même joint étant disposés sur deux faces opposés de l’assemblage. L’unité de contrôle pilote en déplacement l’essai à partir de l’abaissement du plateau de cisaillement 23. La vitesse de déplacement mesurée étant de 0,060 millimètres par minute avant le pic, et accélère ensuite.According to a preferred embodiment, the measurement is carried out by 4 linear displacement sensors 27, or LVDT (from the Anglo-Saxon "Liner Variable Differential Transformer") placed on each side of the block in the center, the two sensors for a same joint being arranged on two opposite faces of the assembly. The pilot control unit moving the test from the lowering of the shear plate 23. The measured movement speed is 0.060 millimeters per minute before the peak, and then accelerates.
L’unité de contrôle applique une contrainte de cisaillement qui est définie comme la force verticale divisée par la surface des deux joints cisaillés (en l’occurrence 2 x 100 x 100 = 2.104 millimètres carré). Pour chaque essai, une courbe est tracée montrant l’évolution de la contrainte de cisaillement en fonction du déplacement de glissement plan moyen des joints et permettant de visualiser directement le comportement cohésif du joint suivi du palier de frottement lié à la contrainte normale au joint.The control unit applies a shear stress which is defined as the vertical force divided by the area of the two sheared joints (in this case 2 x 100 x 100 = 2.10 4 square millimeters). For each test, a curve is drawn showing the evolution of the shear stress as a function of the sliding displacement of the mean plane of the joints and allowing direct visualization of the cohesive behavior of the joint followed by the friction bearing linked to the stress normal to the joint.
La Fig. 7 présente une courbe type tracée à partir des mesures contraintedéplacement effectuées lors d‘un test de cisaillement. Cette courbe est obtenue par l’unité de contrôle pilotant le déplacement du plateau de cisaillement et recevant les mesures des quatre LVDT. La courbe présente le glissement du bloc du centre par rapport aux blocs latéraux en millimètres par rapport à la contraintye de cisaillement exprimée en MégaPascal. Cette courbe présente un pic significatif. Avant le pic, l’assemblage résiste au cisaillement, le déplacement est quasi nul et caractérise le comportement élastique de l’assemblage. Après l’extrémum, la courbe théorique est décomposée en termes de (1) frottement et (2) de comportement cohésif. Le palier de frottement visualisable sur les courbes après le comportement cohésif (et lié à la contrainte normale ol appliquée au joint) est estimé à partir de la contrainte résiduelle de cisaillement obtenue pour des valeurs de déplacement de glissement plan importantes. L’estimation des contraintes résiduelles obtenues pour différentes valeurs de la contrainte normale appliquée au joint permet une estimation du coefficient de frottement du joint une fois rompu à partir de la régression linéaire des contraintes résiduelles en fonction des contraintes normales (régression passant par zéro).Fig. 7 presents a standard curve plotted from the displacement-constraint measurements carried out during a shear test. This curve is obtained by the control unit controlling the movement of the shear plate and receiving the measurements from the four LVDTs. The curve shows the sliding of the center block compared to the lateral blocks in millimeters compared to the shear stress expressed in MegaPascal. This curve has a significant peak. Before the peak, the assembly resists shearing, the displacement is almost zero and characterizes the elastic behavior of the assembly. After the extremum, the theoretical curve is broken down in terms of (1) friction and (2) cohesive behavior. The friction level visible on the curves after the cohesive behavior (and linked to the normal stress ol applied to the joint) is estimated from the residual shear stress obtained for large plane sliding displacement values. The estimation of the residual stresses obtained for different values of the normal stress applied to the joint allows an estimation of the coefficient of friction of the joint once broken from the linear regression of the residual stresses as a function of the normal stresses (regression passing through zero).
Une fois cette contrainte résiduelle estimée, la réponse cohésive de Mode II est isolée par soustraction de la contrainte résiduelle liée au frottement du comportement total. En d’autre termes, on retrouve au-dessus de la ligne horizontale en-dessous de laquelle les forces sont dues au frottement, la même forme de courbes que celle de type I, c’est à dire obtenues lors d’essai de traction. Dès lors, après soustraction, le traitement est similaire et consiste à décomposer la courbe expérimentale en une courbe théorique en forme de ligne brisée correspondant respectivement au régime élastique de l’assemblage, et à l’approximation bilinéaire du comportement adoucissant. Les points d’intersection des lignes brisées et les aires délimitées par ces segments de droites fournissent les éléments de calcule pour la détermination des paramètres cohésifs liés à un essai de mode II, à savoir :Once this residual stress is estimated, the cohesive Mode II response is isolated by subtracting the residual stress linked to the friction of the total behavior. In other words, one finds above the horizontal line below which the forces are due to friction, the same form of curves as that of type I, ie obtained during tensile test . Consequently, after subtraction, the treatment is similar and consists in decomposing the experimental curve into a theoretical curve in the form of a broken line corresponding respectively to the elastic regime of the assembly, and to the bilinear approximation of the softening behavior. The intersection points of the broken lines and the areas delimited by these straight line segments provide the calculation elements for the determination of the cohesive parameters linked to a mode II test, namely:
- la raideur en traction du joint obtenue par une régression linéaire des mesures avant le pic (c’est à dire lors du régime élastique), exprimée en N/m3,the tensile stiffness of the joint obtained by a linear regression of the measurements before the peak (that is to say during the elastic regime), expressed in N / m 3 ,
- contrainte de cisaillement maximale, exprimée en Pa,- maximum shear stress, expressed in Pa,
- énergie de rupture de mode II, exprimée en J,- mode II rupture energy, expressed in J,
- déplacement ultime de cisaillement (mesurée lorsque la contrainte appliquée ne varie plus, le joint est alors complètement détruit, seules restent en jeu les forces de frottement), exprimée en mètres,- ultimate shear displacement (measured when the applied stress no longer varies, the joint is then completely destroyed, only the friction forces remain in play), expressed in meters,
- coefficient de frottement (obtenu par régression linéaire des cntraintes résiduelles en fonction des contraintes normales (régression passant par zéro).- coefficient of friction (obtained by linear regression of residual stresses as a function of normal stresses (regression passing through zero).
Ces paramètres peuvent être directement calculés à partir des courbes théoriques déterminées à partir des mesures.These parameters can be directly calculated from the theoretical curves determined from the measurements.
La raideur initiale est obtenue par régression linéaire de la partie initiale (élastique) de la courbe contrainte-déplacement (voir Fig. 7). Cette raideur initiale ne peut être déterminée que si les mesures appliquées aux joints gauche et droit sont analogues. L’énergie de rupture est déterminée en calculant directement l’aire sous la courbe expérimentale, au-dessus du palier relatif au frottement. Comme pour le Mode I, l’approximation bilinéaire de la partie adoucissante peut être estimée par ajustement de la courbe expérimentale (selon la méthode des moindres carrés). Le déplacement ultime à l’extrême droite de la courbe est estimé à partir de l’intersection entre la réponse cohésive et la contrainte résiduelle (ligne horizontale représentant le frottement).The initial stiffness is obtained by linear regression of the initial (elastic) part of the stress-displacement curve (see Fig. 7). This initial stiffness can only be determined if the measures applied to the left and right joints are similar. The breaking energy is determined by directly calculating the area under the experimental curve, above the bearing relating to friction. As in Mode I, the bilinear approximation of the softening part can be estimated by adjusting the experimental curve (using the least squares method). The ultimate displacement to the far right of the curve is estimated from the intersection between the cohesive response and the residual stress (horizontal line representing friction).
5.4 Formulation de la loi cohésive de mode mixte5.4 Formulation of the cohesive law of mixed mode
Les phases adoucissantes des comportements cohésifs expérimentaux de mode purs I et II sont dans un premier temps approximés à partir d’un comportement bilinéaire. Cette approximation de l’adoucissement concave constaté expérimentalement et illustrée dans les chapitres précédents, présente l’intérêt de séparer les deux principaux mécanismes cohésifs activés lors de l’endommagement quasi fragile de l’assemblage, à savoir la microfissuration et le pontage de fissure et notamment les énergies associées à ces mécanismes. L’approximation bilinéaire de l’adoucissement permet en outre de piloter aisément la forme de la partie adoucissante.The softening phases of cohesive experimental behaviors in pure mode I and II are initially approximated from a bilinear behavior. This approximation of the concave softening observed experimentally and illustrated in the preceding chapters, has the advantage of separating the two main cohesive mechanisms activated during the almost fragile damage of the assembly, namely microcracking and crack bridging and in particular the energies associated with these mechanisms. The bilinear approximation of the softening also makes it possible to easily control the shape of the softening part.
Il est possible de représenter les comportements cohésifs associés aux modes purs I et II par les formes théoriques présentées par la Fig. 8.It is possible to represent the cohesive behaviors associated with pure modes I and II by the theoretical forms presented in Fig. 8.
La loi cohésive du mode I peut être représentée par une courbe composée d’une ligne brisée formée par trois segments. La loi cohésive du mode II peut être représentée par deux courbes dont l’une est composée d’une ligne brisée formée par trois segments et l’autre d’une ligne représentant le frottement de Coulomb.The cohesive law of mode I can be represented by a curve composed of a broken line formed by three segments. The cohesive law of mode II can be represented by two curves, one of which is made up of a broken line formed by three segments and the other of a line representing Coulomb friction.
Les paramètres cohésifs ainsi déterminés par le présent procédé permettent de caractériser le comportement des assemblages formés de blocs de pierre assemblés par au moins un joint de mortier. En les normalisant, il sera possible de les introduire dans des logiciels pour simuler le comportement de bâtiments fabriqués avec ces assemblages. Il sera notamment possible d’étudier la réaction de ces bâtiments face à des événements soudains tels que des secousses sismiques et ainsi éprouver leurs solidités.The cohesive parameters thus determined by the present process make it possible to characterize the behavior of the assemblies formed of blocks of stone assembled by at least one mortar joint. By standardizing them, it will be possible to introduce them into software to simulate the behavior of buildings manufactured with these assemblies. In particular, it will be possible to study the reaction of these buildings to sudden events such as earthquakes and thus test their solidity.
5.5 Perfectionnement du dispositif de test en cisaillement.5.5 Improvement of the shear test device.
Dans le dispositif illustré par la Fig. 6, les appuis sur lesquelles reposent les deux extrémités de l’assemblage sont sur le même plan. Si le coté de l’assemblage présente un défaut de planéité, alors une extrémité va reposer sur une arête du coté et non , sur une face, ce qui va fausser la mesure par un effort de torsion. Selon un perfectionnement, le dispositif de test en cisaillement comporte une rotule permettant à au moins une extrémité de l’assemblage une légère rotation autour de l’axe longitudinal de l’assemblage. Ce dispositif amélioré est illustré en perspective par la Fig. 9. Un bloc d’extrémité de l’assemblage est monté sur le chant d’une rotule 30 qui peut ainsi légèrement pivoter. Les blocs d’extrémité sont serrés sur la rotule 30 et sur le support 22 par des languettes 24 fixées sur le dessus par des vis et écrous De cette manière, le dispositif 20 s’adapte à tous les défauts dimensionnels initiaux de l’assemblage.In the device illustrated in FIG. 6, the supports on which the two ends of the assembly rest are on the same plane. If the side of the assembly has a flatness defect, then one end will rest on an edge on the side and not on one side, which will distort the measurement by a torsional force. According to an improvement, the shear test device comprises a ball joint allowing at least one end of the assembly to rotate slightly around the longitudinal axis of the assembly. This improved device is illustrated in perspective by FIG. 9. An end block of the assembly is mounted on the edge of a ball joint 30 which can thus pivot slightly. The end blocks are tightened on the ball joint 30 and on the support 22 by tabs 24 fixed on the top by screws and nuts. In this way, the device 20 adapts to all the initial dimensional defects of the assembly.
La Fig. 10 présente un détail de la rotule dont la partie basse en arc de cercle coulisse sur une ouverture de même forme formée dans le bâti du dispositif de test.Fig. 10 shows a detail of the ball joint, the lower part of which forms an arc of a circle slides over an opening of the same shape formed in the frame of the test device.
Claims (9)
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Family Applications (1)
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Citations (2)
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| DE19538611A1 (en) * | 1995-10-02 | 1997-04-03 | Testing Bluhm & Feuerherdt Gmb | Appliance for performing material tests |
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-
2016
- 2016-07-13 FR FR1656779A patent/FR3054038A1/en active Pending
Patent Citations (2)
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