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Accueil > Équipes > Risques, Vulnérabilité des structures et comportement mécanique des matériaux (RV)

Thème 1 : Approches multi-échelles pour l’analyse des vulnérabilités : expérimentations et modélisations

Mots clés : Comportement mécanique des bétons, sollicitation dynamique, haute pression, chargement sismique, interaction sol-structure, modélisation et simulation numérique

Chercheurs permanents : J.Baroth, M.Briffaut, L.Daudeville, P.Forquin, Y.Malecot, P.Marin, J.Mazars, F.Dufour, S.Grange, Y.Sieffert, D.Saletti.

Doctorant et post-doctorant (en cours) :
S.Capdevielle,H.Al Gussab,A.Omar,A.Mazurel ,G.Zhao,H.Benniou,E.Koufoudi,R.Abdul Rahman ,B.Lukic

Géomatériaux sous sollicitations sévères

L’analyse de la vulnérabilité des ouvrages en béton soumis à des actions très sévères (chutes de blocs, explosions, impacts balistiques etc.) nécessite de caractériser et de modéliser le comportement mécanique du béton jusqu’à des niveaux de contraintes triaxiales de l’ordre du Giga Pascal.

La presse GIGA a permis de montrer que le degré de saturation du béton est un paramètre qui influe fortement sur la résistance au cisaillement du béton sous très fort confinement. A l’inverse le rapport Eau/Ciment, qui gouverne la résistance initiale du béton en compression simple, n’a plus d’influence sous forte contrainte moyenne. L’originalité des résultats produits vient également de la caractérisation systématique, par des essais triaxiaux, de la roche constitutive des granulats ainsi que du mortier du béton. Cette caractérisation mécanique des constituants du béton a permis de développer et de valider des modèles mésoscopiques de béton numérique, continus et discrets.

Récemment l’équipe s’est dotée de moyens d’expérimentation dynamique pour identifier et valider les modèles à des vitesses de chargement dynamique ou sous choc. Ces nouveaux moyens, associés aux dispositifs existants vont permettre de produire des données expérimentales enrichies qui alimenteront les modèles numériques (éléments discrets, éléments finis, éléments multifibres) mis en œuvre au sein de l’équipe RV.

Structures sous sollicitations sismiques

Dans le cadre de la campagne de réévaluation de l’aléa sismique en Europe, les zones potentiellement sismiques ont été fortement étendues et touchent également des zones sensibles où une concentration humaine et d’ouvrages stratégiques est importante. C’est pourquoi l’étude de la vulnérabilité des structures de Génie Civil soumises à des chargements sismiques est devenue un enjeu important pour la sécurité des populations mais aussi pour pérenniser les ouvrages dits sensibles (production d’énergie, par exemple).

Les recherches menées au laboratoire à la fois sur le plan numérique (développement de modèles) et expérimental (mini mur de réaction) et en collaboration avec d’autres laboratoires pour des essais expérimentaux particuliers (essais sur table vibrante de charpentes et maisons) ont notamment permis l’élaboration d’un indicateur original préfigurant les indicateurs sismiques règlementaires de demain, la caractérisation du comportement de structures en bois et terre permettant de rendre prédictifs les calculs à l’échelle de la maison à partir d’essais simples et dans le contexte de construction durable et de réappropriation des techniques locales et l’étude de la vulnérabilité de bâtiment historique.

La construction de la plateforme expérimentale DESSIS permettra de poursuivre les travaux par une prise en compte de l’interaction sol/structure garantissant une estimation de la vulnérabilité des structures aux aléas sismique plus fine. Pour ces 3 axes, une démarche couplant approches expérimentale et numérique est nécessaire. L’approche expérimentale sera fortement développée et s’appuiera sur la plateforme DESSIS

Structures sous impacts ou explosions

L’impact fait partie des sollicitations impulsionnelles susceptibles de conduire à la ruine d’un ouvrage. Sa prise en compte dans le dimensionnement de l’ouvrage est rarement ou incorrectement prise en compte pour deux raisons principales : d’une part l’état de contraintes dû à un impact est hétérogène, tridimensionnel, fortement transitoire et susceptible de développer des endommagements localisés dans la zone proche de l’impact, d’autre part les impacts sont des sollicitations d’origine accidentelle. La demande accrue de la société en matière de sécurité globale, notamment vis-à-vis des risques technologiques et terroristes, nécessite de développer des méthodes de calcul performantes aptes à prévoir la rupture localisée ou globale des ouvrages, notamment ceux destinés à protéger les biens ou les populations des accidents graves.

D’un point de vu expérimental, les essais d’impacts mous menés sur voiles minces dans le cadre de l’ANR Vulcain ont permis de proposer des méthodes simplifiées d’analyse du risque de perforation de voiles en béton armé s’inspirant de celles proposées pour les impacts durs. Par ailleurs, les explosions ou les impacts peuvent provoquer des dommages structurels locaux sur les bâtiments menant à l’effondrement progressif des structures (progressive collapse). L’équipe RV veille donc à développer des moyens expérimentaux pour étudier ce type de scénarios.

Sur le plan numérique, l’équipe RV développe en parallèle deux approches. La méthode des éléments discrets (MED) est considérée comme particulièrement adaptée au traitement des impacts sur ouvrages en béton car elle offre des avantages évidents en termes de représentation des discontinuités (fissuration, fragmentation).

L’équipe RV dispose donc maintenant d’un outil de calcul permettant de traiter des problèmes aussi complexes que la chute d’un avion sur un bâtiment nucléaire. L’approche continue intégrant tous les phénomènes non linéaires rencontrés lors d’un impact (comportement fragile en traction, fortement ductile en compression confinée, influence du taux d’humidité, de la vitesse de sollicitation etc.) permet de traiter de façon satisfaisante la problématique de l’impact mou mais il est évidemment plus difficile de représenter des phénomènes aussi complexes que la perforation avec des modèles continus. Le couplage entre EF et ED est une stratégie de simulation d’une structure complète développée par l’équipe RV qui permet la prise en compte à l’échelle locale de modèle mésoscopique du béton.