GSA-Principes

La classe de conséquences (Consequence Class 1-3) évalue l’étendue des dommages en cas de rupture d’une structure. On peut en déduire les exigences pour la planification et l’exécution des bâtiments. Un autre aspect est le type de sollicitation (Service Category 1-2). Comme d’habitude dans la construction de bâtiments, les informations du tableau ci-dessous s’appliquent aux actions statiques et quasi-statiques (neige, vent, charges utiles dans les bâtiments et tremblements de terre « non-ductiles »). Les sollicitations cycliques (tremblement de terre « ductiles ») et dynamiques (à la fatigue : grues, charges de circulation, etc.) peuvent également nécessiter un contrôle plus approfondi lors de la planification des tiges filetées collées. En particulier pour ces genres d’application, un acier avec des propriétés spéciales peut être utile ou même nécessaire.

Les exigences ne doivent pas toujours être sélectionnées au maximum pour les différentes utilisations. En conséquence, les conditions préalables à un appel d’offres dans les catégories de fabrication supérieures devraient devenir plus étendues et les contrôles plus conséquents. Le tableau ci-dessous est donc proposé pour la fabrication d’éléments avec tiges filetées collées:

Par conséquent, les constructions à hautes performances se caractérisent par le fait qu’elles répondent aux exigences données avec un volume de matériau relativement faible (surface de la section). Dans le cas d’un assemblage, la question se pose toujours de savoir dans quelle mesure il réduit la résistance ultime ou la rigidité de la pièce. Ceci peut être illustré par un essai en traction. La surface brute de la section multipliée par la résistance à la traction donne la résistance de la pièce (100%). D’autre part, il y a la résistance du groupe d’éléments de fixation.

Le rendement η peut donc toujours être calculé à partir de la résistance de l’assemblage obtenue par rapport à la section brute utilisée. La plupart des assemblages en bois nécessitent un usinage qui affaiblit la section brute. Dans le cas de tiges filetées encollées, il faut déduire le diamètre du percement et celui des trous d’injection afin de déterminer la surface nette de la section. Pour la technologie GSA, un rendement à environ 85% est possible. Cet affaiblissement dans la zone de l’assemblage peut être compensé par l’utilisation locale de bois de meilleure qualité. La figure ci-dessous montre donc des taux d’utilisation élevés voir même impossible pour les classes de résistance spécifiées. Il s’agit d’une comparaison basée sur un groupe de quatre tiges filetées encollées dans le bois longitudinal. Ces données se réfèrent à la classe d’humidité 1. Il est également à noter qu’une disposition plus serrée des goujons est importante pour la rentabilité de l’assemblage. Par rapport aux dimensions minimales données par l’homologation, il est parfois nécessaire de prévoir des distances au bord ou entre axes plus grands afin de simplifier la production de l’élément. Découvrez par rapport à ce sujet le chapitre « Prédimensionnement » dans les différentes applications du GSA (exemple: treillis)

Les rendements indiqués sont basés sur des essais représentatives (groupe de tiges encollées). Ceci a été rendu possible grâce à la recherche sur les facteurs d’influence suivants :

– Angle entre la tige et la direction des fibres
– Diamètre du trou, diamètre de la tige, longueur d’encollage, noyure, distance entre axes, distance au bord
– Essence de bois, classe de résistance, densité, humidité du bois
– Qualité de l’acier et profilage
– Propriétés de l’adhésif

C’est ainsi que l’on a compris que la transmission de la force entre la résine et l’acier est principalement mécanique. Selon les résines, le joint de colle peut être de plusieurs millimètres. Toutefois, il a été démontré que le type de profilage des barres en acier a une influence significative sur la capacité de charge. Le filetage métrique s’est avéré le plus idéal pour la combinaison avec la résine GSA. Des études récentes ont montré que certaines résines ne résistent pas à des températures élevées (allant jusqu’à 60°C). Pour cette raison, tous les types de résine qui fonctionneraient pour des essais à froid de courte durée n’ont pas nécessairement leur place dans la pratique. A condition que la résine soit suffisamment efficace, la rupture se produit au niveau de la transition entre la surface intérieure du trou et l’adhésif. Afin d’obtenir le collage le plus efficace possible, la qualité de la surface intérieure du trou doit être impeccable. Le personnel doit être formé en conséquent pour le montage des tiges ainsi que le contrôle de qualité.

Décrivant les contraintes de cisaillement les modèles suivants ont été rédigés : La progression de celle-ci sur la tige dépend du rapport entre E_acier zu E_bois. On suppose simplement que la résine est rigide. Ainsi, les allongements de la résine correspondent à ceux de l’acier. Les rapports de rigidité dans le bois longitudinal entraînent des pics de contraintes dans les zones d’extrémité du joint de colle. La déformation (compatibilité) provoque de la tension transversale, qui a un effet défavorable sur la résistance au cisaillement du bois. Cet aspect complexe des contraintes est considéré comme la raison pour laquelle la capacité portante d’une tige encollée n’augmente pas linéairement avec l’augmentation de la longueur d’encollage. Un déplacement de la zone d’encollage (noyure) s’adhère efficace car le volume de bois sollicité par la tension transversale peut être augmenté. Il est également important de noter que les tensions transversales sont directement fonction du diamètre de la barre. Par conséquent, les résultats des essais sur des petites tiges ne peuvent pas simplement être convertis sur des diamètres plus grands.

Lorsque les tiges sont encollées perpendiculairement au fil, on peut supposer que la répartition des contraintes de cisaillement est uniforme. Grâce au rapport de rigidité très élevé, une tige plus longue permet d’obtenir un effet de profondeur plus important.

Les tiges filetées collées atteignent leur efficacité maximale lorsqu’elles sont chargées dans leur sens axial. Pour cette raison, ce document traite exclusivement des sollicitations axiales. Selon la norme SIA 265 : 2012 (paragraphe 6.10.2.1), la sécurité structurale doit généralement être réalisée en ce qui concerne :
– rupture de la tige nervurée
– rupture de l’adhésif au contact avec la tige nervurée ou le bois
– rupture du bois autour de l’encollage
– rupture d’une pièce de bois dans la zone de l’assemblage

Selon la norme SIA 265, les mêmes valeurs peuvent être utilisées pour des efforts de compression et de traction. Cette définition se trouve sûrement du côté de la sécurité. La sollicitation de traction parallèle aux fibres est donc le plus grand défi.

Utilisation parallèle aux fibres: 0° ≤ α < 30°

L’état d’équilibre entre la force dans la tige filetée et les contraintes normales dans la section du bois est obtenu par des contraintes de cisaillement parallèles (‖) au fil du bois.

Le cône circulaire a un faible écartement de tous les côtés car le module de cisaillement (G) est beaucoup plus petit que le module d’élasticité le long du fil (E₀). Il s’ensuit de cette considération que :

– la « surface de bois activable » à l’extrémité de la tige est limitée.

– une distance entre axes très élevé n’améliore pas la situation.

– de nombreuses petites tiges permettent un flux optimal des forces. La vérification de la section nette du bois à l’extrémité des barres doit toujours être réalisée. Dans de nombreux cas, l’utilisation de classes de Résistance supérieures du bois est obligatoire pour pouvoir supporter la performance de la technologie GSA^®.

Utilisation perpendiculaire aux fibres: 30° ≤ α ≤ 90°

L’état d’équilibre entre la force dans la tige filetée et les forces perpendiculaire dans la section du bois est obtenu par des contraintes de cisaillement perpendiculaires (⊥) au fil du bois. Les contraintes de cisaillement obtiennent une dispersion relativement faible dans le sens transversal (cisaillement perpendiculaire). Dans le sens du fil par contre, on peut supposer une grande dispersion. La figure montre de ce fait un cône elliptique. La longueur des barres peut souvent choisie de manière constructive afin que les vérifications dans la partie en bois ne soient pas nécessaires. (Par ex. longueur d’encollage  > 0.7*hauteur de poutre dans le cas de liaisons transversales en traction)

Les modes de rupture fragile ne peuvent être exclus que si la ductilité est garantie par le goujon. Ceci rend possible une valeur de la ductilité D_S ≥ 3 et c’est seulement de cette manière que le rapport γ_M/η_M de 1.5 peut être appliqué selon la norme SIA 265.

Pour les applications perpendiculaires au fil, la résistance de l’élément en bois est généralement suffisamment élevée. Cette affirmation suppose que la conception tient compte de façon adéquate des faibles propriétés de traction transversale du bois. Ceci peut être réalisé en général par le choix correct de la longueur d’encollage. Pour l’utilisation comme groupe de goujons dans le sens du fil, les propriétés des tiges utilisées doivent être déterminées avec précision au préalable. Les spécifications des normes de produits ne sont pas suffisantes pour garantir la rupture ductile de l’acier (limite d’élasticité supérieure). La figure suivante montre quatre exemples de test de qualité de la n’H. Les limites d’élasticité sont en réalité nettement supérieures à la norme et varient en fonction du diamètre. Pour garantir que la dispersion se situe dans la plage (étroite) nécessaire, toutes les barres d’un même assemblage doivent provenir du même lot de production.

Dans le modèle porteur pour la rupture en cisaillement, la valeur numérique X est déterminée en fonction du type de bois et n’est valable que pour les conditions géométriques spécifiques. Avec l’exposant α, l’orientation du bois peut être prise en compte. Parallèlement au fil du bois, elle est inférieure à 1.0 et tient donc compte de l’évolution non linéaire des contraintes de cisaillement.

Dans sa thèse, Fabris a expliqué en détail la modélisation du critère d’allongement. En conséquence, si la résistance de la barre est trop élevée, il se produit des allongements de l’acier que le bois environnant ne peut plus supporter. Pour la détermination de la valeur caractéristique de l’épicéa, une valeur ε_u,H de 2.4 ‰ peut être appliquée selon l’homologation DIBt. De ce fait, seuls les aciers avec une faible limite d’élasticité peuvent être utilisés dans la pratique pour les applications longitudinales de l’épicéa. Les barres avec une résistance de 8.8 ou plus n’ont de sens seulement pour provoquer les formes fragiles de la rupture à des fins de recherche. La figure suivante montre une rupture fragile typique avec fendage du bois.

Les tests internes à la n’H ont prouvé que les tiges avec une résistance de 8.8 peuvent même être utilisés en pratique dans le bois dur. Les allongements de rupture des feuillus (hêtre et frêne) sont suffisamment élevés pour cela. En général, ce critère explique pourquoi, à un certain moment, l’augmentation de la longueur encollée n’augmente plus la capacité de charge.

La technologie GSA a été développée dès le début pour permettre un espacement économique des goujons. C’est pourquoi la préparation spéciale des goujons fait partie de la pratique courante. Ce que l’on appelle le rétrécissement de la tige sert suivant les situations à remplir les objectifs ci-dessous :

– Comme la transmission de la force entre la résine et l’acier est purement mécanique, la suppression du filetage crée une zone sans liaison adhérente.

– La noyure de la longueur d’encollage, augmente le volume de bois soumis à la tension transversale.

– En usinant au diamètre approprié, la rupture ductile de l’acier est assurée.

– Pour terminer, l’acier ne doit s’écouler que dans cette zone d’élongation définie sans endommager le joint de colle.

Cela permet la sommation linéaire des résistances individuelles (n_ef = n^1.0) pour les applications en groupe de goujons parallèles aux fibres. Ainsi, la technologie GSA crée la base idéale pour un dimensionnement simple et sûr. Elle constitue également une interaction parfaite entre le bois, la résine et l’acier.

Le fendage du bois ne devient un problème uniquement lorsque la barre menace de flamber. Dans de très nombreuses situations, le rétrécissement de la tige peut être esquivé. La longueur d’encollage est ainsi augmentée et toute la section de la tige est disponible. Pour certaines constructions, on peut prendre en considération la surface de contact du bois (d’extrémité).

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