Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Le domaine du génie civil a beaucoup évolué depuis les dernières années. Les exploits technologiques réalisés par les ingénieurs montrent, année après année, de nouvelles solutions pour ériger des structures fonctionnelles et esthétiques. Le dimensionnement des ouvrages, qu’ils soient à risque normal ou spécial, est généralement réalisé en s’appuyant sur une hypothèse de linéarité du comportement des matériaux constitutifs. Cette hypothèse entraîne un conservatisme important dont la quantification reste méconnue.
Cet article a pour objectif de donner un aperçu des apports et problématiques classiquement rencontrés lors de l’utilisation de lois de comportement non-linéaires en génie civil.
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Civil engineering has witnessed many significant advances for last decades. The technical achievements made by the engineers show year after year new design solutions to build performant and esthetic structures. The design process is based upon the assumption of the linearity of the material behaviors. As a consequence, an important conservatism is present but its quantification is rather unknown.
The aim of this paper is to give an overview of the main challenges and contributions from the use of nonlinear constitutive laws.
Auteur(s)
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Cédric GIRY : Maître de conférences - LMT-Cachan, ENS Cachan, CNRS, Université Paris Saclay
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Benjamin RICHARD : Ingénieur/chercheur - CEA, DEN, DANS, DM2S, SEMT, Laboratoire d’études de mécanique sismique (Gif-sur-Yvette, France)
INTRODUCTION
Le génie civil est certainement l’un des domaines où les progrès peuvent être constatés par la majorité de la population. En effet, des structures de plus en plus complexes sont imaginées et érigées pour reprendre des efforts de manière de plus en plus complexe afin d’allier durabilité, aptitude au service et sécurité structurale. Autrement dit, c’est bel et bien la recherche d’une certaine performance structurale qui est visée de nos jours. Que ce soit à des fins d’habitation, de production agricole, d’utilité publique ou encore industrielles, le dimensionnement de telles structures reste fondé sur l’application de méthodes linéaires, entraînant ainsi un conservatisme important. La présence de marges de sécurité est indéniable et est entièrement justifiée.
Toutefois, démontrer que les ouvrages existants respectent les exigences de sécurité toujours plus fortes nécessite une évaluation structurale. La quantification des marges de sécurité devient alors une question clef à laquelle des éléments de réponse doivent être apportés. Pour cela, l’hypothèse de linéarité du comportement des matériaux constitutifs n’est plus justifiable, et ces derniers doivent être représentés plus fidèlement.
L’objectif principal de cet article est de donner un aperçu des principaux apports et difficultés rencontrées lors de l’utilisation de lois de comportement non-linéaires pour représenter la dégradation des matériaux. Pour atteindre cet objectif, l’exposé sera présenté en trois parties.
En premier lieu, un aperçu des principaux phénomènes non-linéaires exhibés par le béton et l’acier est donné. L’identification de ces phénomènes permettra de comprendre les principales hypothèses de formulation de lois de comportement classiquement utilisées pour représenter ces matériaux. Seules les clefs principales permettant de comprendre les cadres de formulation des lois non-linéaires sont présentées.
En second lieu, quelques apports de l’utilisation des lois non-linéaires sont exposés à travers plusieurs exemples d’éléments de structure ou de structures tirés du domaine du nucléaire. Le cas d’une structure à murs porteurs est discuté afin d’illustrer les apports des lois de comportement non-linéaires pour quantifier les marges de sismiques.
En dernier lieu, sont présentés quelques écueils à éviter lors de l'utilisation de lois de comportement non-linéaires en calcul de structures. Pour cela, plusieurs exemples sont traités et mettent clairement en évidence les difficultés auxquelles l’ingénieur est confronté. Des recommandations pour les résoudre sont également proposées.
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MOTS-CLÉS
construction génie civil construction calcul scientifique mécanique des structures comportement non-linéaire
KEYWORDS
construction | civil engineering | building | scientific computing | structural mechanics | nonlinear constitutive laws
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Écueils à éviter lors de l'utilisation de lois de comportement non-linéaires2. Apports de la modélisation non-linéaire en génie civil : cas d’un bâtiment à risque spécial
2.1 Contexte
Le 11 mars 2011, un séisme d’une magnitude 9 survient au large des côtes nord-est du Japon. Ce dernier a pour effet de créer des conditions favorables à l’apparition d’un tsunami dont certaines vagues ont atteint près de 30 m. Ce tsunami a été à l’origine de l’accident nucléaire de Fukushima qui a été évalué de niveau 7 sur l’échelle internationale de classement des événements nucléaires (INES). Face à l’ampleur de cet évènement, l’Union européenne met en place, un mois plus tard, les évaluations complémentaires de sûreté (ECS) visant l’ensemble des pays, membres de l’Union, nucléarisés. Le principal objectif de cette mesure a été de réaffirmer la sûreté des installations nucléaires existantes en considérant des cas de charge accidentelle d’origine sismique et dont l’intensité a été majorée. Les exploitants nucléaires européens ont alors été dans l’obligation de mettre en place des moyens afin de répondre à cette demande en estimant les marges de dimensionnement vis-à-vis du risque sismique.
En 2011, le programme de recherche « Seismic design and best-estimate Methods Assessment for Reinforced concrete buildings subjected to Torsion and non-linear effects » (SMART 2013) a été lancé par le CEA en collaboration étroite avec Electricité De France (EDF), sous l’égide de l’Agence internationale à l’énergie atomique (AIEA). Les objectifs essentiels de ce projet étaient d'évaluer :
-
les marges de dimensionnement d’une partie d’un bâtiment auxiliaire d’une centrale nucléaire dimensionnée selon les recommandations applicables en France ;
-
la pertinence des lois de comportement non-linéaires pour prédire la réponse dynamique de structures complexes, sujettes aux effets de torsion couplés avec des effets de flexion.
Pour atteindre ces objectifs, une campagne expérimentale d’essais sismiques réalisés en juillet 2013 sur la table vibrante Azalée de la plateforme expérimentale Tamaris du CEA a été réalisée. Des sollicitations sismiques ayant une intensité allant jusqu’à 6 ou 7 fois l’intensité considérée en phase de dimensionnement ont été appliquées au corps d’épreuve....
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Apports de la modélisation non-linéaire en génie civil : cas d’un bâtiment à risque spécial
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - LA BORDERIE (C.) - Phénomènes unilatéraux dans un matériau endommageable : modélisation et application à l'analyse de structures en béton. - (Doctoral dissertation) (1991).
-
(2) - RAMTANI (S.) - Contribution à la modélisation du comportement multiaxial du béton endommagé avec description du caractère unilatéral. - (Doctoral dissertation, Paris 6) (1990).
-
(3) - KUPFER (H.), HILSDORF (H.K.), RUSCH (H.) - Behavior of concrete under biaxial stresses. - In Journal Proceedings (Vol. 66, No. 8, pp. 656-666) (1969).
-
(4) - JOURDAIN (X.) - Étude numérique méso-macro des propriétés de transfert des bétons fissurés. - Thèse de l’École Normale Supérieure de Cachan (2014).
-
(5) - LEMAITRE (J.), CHABOCHE (J.L.), BENALLAL (A.), DESMORAT (R.) - Mécanique des matériaux solides-3e édition. - Dunod (2009).
- ...
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-
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-
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-
Projet National CEOS.fr
-
Projet SMART
-
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