Comportement sous basses températures des composés en élastomère utilisés dans les isolateurs sismiques de ponts

Résumé

Les systèmes d’isolation sismique à base d’élastomères sont des plus utilisés pour protéger les structures de ponts des séismes. Leur utilisation permet d'introduire une flexibilité latérale contrôlée au niveau du lien entre la superstructure et l'infrastructure (piles/culées) et un amortissement additionnel au besoin. Ces systèmes peuvent être groupés en trois types : isolateur en élastomère fretté (RB), isolateur en élastomère à amortissement élevé (HDRB) et isolateur en élastomère à noyau de plomb (LRB). Ils sont typiquement composés d'une succession de couches d'élastomères et plaques en acier minces avec un noyau de plomb pour le LRB. Les élastomères permis et utilisés au Canada sont à base de polyisoprène (caoutchouc naturel (NR)) ou de polychloroprène (néoprène (CR)). Une formulation à base de caoutchouc naturel avec des additifs permet d’obtenir un composé caractérisé par un amortissement élevé, dit HDNR, permettant une plus grande dissipation d’énergie sismique par hystérésis. Or, le comportement de ces élastomères est fortement influencé par les basses températures, telles celles rencontrées au Canada. Elles causent des augmentations de la rigidité et de l’aire de la courbe d’hystérésis des élastomères, entraînant de ce fait des changements dans les propriétés mécaniques des isolateurs sismiques et impactant ainsi la protection sismique des ouvrages. Dans cette étude, le comportement mécanique sous basses températures de trois formulations d’élastomères déjà utilisés et/ou en développement pour des applications d'isolation sismique au Canada, de type NR et HDNR, est étudié expérimentalement. Les tests sont conduits sur des échantillons d’élastomère à échelle réduite soumis à des cycles de charge/décharge en cisaillement à plusieurs niveaux de déformations (25 à 150%), après exposition à différentes températures (20°C, -8°C et -30°C) pour différentes durées de conditionnement (15 minutes à 14 jours). En outre, l’effet des basses températures sur la réponse sismique des ponts isolés avec isolateurs en élastomères de type LRB et HDRB est étudié numériquement. A cet effet, des analyse dynamiques non linéaires sont réalisées sur une structure de pont, modélisée par un système à un dégrée de liberté, en considérant les propriétés nominales (à température ambiante, soit 20°C) et modifiées dues aux basses températures. Les résultats de l’étude expérimentale montrent que le caoutchouc naturel à faible amortissement (NR) subit moins de rigidification instantanée et globale que les deux composés à amortissement élevé (HDNR). Cependant, il est plus sensible à la durée d'exposition (phénomène de cristallisation) à très basses températures. Les résultats des analyses temporelles indiquent que les basses températures peuvent entrainer des augmentations considérables des forces sismiques transmises par le système d’isolation à la sous-structure d’un pont. L’augmentation de ces forces dépend fortement du type et formulation chimique de l’élastomère, et est plus importante pour les élastomères du type HDNR que pour le type NR.

Date	9 juil. 2019
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Lotfi Guizani (Directeur(-trice))