ILISBAR : comment renforcer des constructions pour résister au temps et aux séismes
Les démarches entreprises jusqu’à maintenant se basent souvent sur le comportement de composants structuraux élémentaires reliés entre eux par des liaisons mécaniques difficilement identifiables. Le choix de ces liaisons a un impact très important sur le comportement structural de l’ouvrage dans sa globalité.
A l’heure actuelle, l’ensemble des liaisons d’une structure doivent être définies individuellement, ce qui constitue une tâche extrêmement lourde.
Renfort de structures avec matériaux composites
Le projet vise à définir un nouveau concept de modélisation de structures en béton armé (BA) renforcées par matériaux composites capable de prendre en compte l’ensemble des éléments indépendamment renforcés et leur interaction pour obtenir une réponse globale de la structure en cas de sollicitations sismiques.
Il prévoit une évaluation quantitative de la présence de ces matériaux composites lorsqu’ils liaisonnent les différents éléments BA entre eux et que ceux-ci sont soumis à des sollicitations particulières.
Sachant que le renforcement modifie clairement le comportement des éléments, les maillons faibles sont déplacés dans la structure vers les appuis ou d’autres éléments BA qui ne nécessitaient pas au préalable de renforcement. Il faut donc comprendre le nouveau cheminement des efforts au sein de la structure globale.
Le projet propose donc de développer un modèle prenant en compte les cinématiques de comportement des liaisons afin de s’affranchir des hypothèses de liaison entre élément. L'approche numérique consiste à utiliser à la fois des éléments classiques (type poutres multifibres) dans les zones les moins sollicitées et des modèles numériques 3D complexes dans les zones les plus sollicitées.
Pour des bâtiments sûrs et durables
Sachant qu'au taux de construction actuellement observé, il faudrait environ 100 ans pour renouveler entièrement le parc immobilier français, le renforcement parasismique des structures existantes apparait donc nécessaire pour assurer la pérennité des ouvrages et veiller à la sûreté et la sécurité des biens et des personnes.
En France, une nouvelle carte de zonage sismique (dans le code de l’environnement) et l’évolution réglementaire de l’Eurocode 8 (EC8) fixent des objectifs de performances pour les structures neuves.
Pour les structures existantes, un travail d’obtention de connaissances du domaine de la réparation et du renforcement reste à mener par les pouvoirs publics qui ont entrepris une démarche destinée à mettre en sécurité l’ensemble du bâti.
Des guides d’aide au dimensionnement sont déjà parus, mais ils ne permettent pas d’identifier et de caractériser le comportement global des structures. En effet, la plupart des guides d’aide au dimensionnement nationaux ou internationaux propose une étude élémentaire, soit vis-à-vis des éléments étudiés (poutre, dalle, poteau, voile …) ou bien vis-à-vis des sollicitations (flexion, flexion composée, compression …).
L’analyse du comportement pathologique des ouvrages existants (bâtiments – infrastructures) en béton, béton armé, béton précontraint, confirme que les désordres constatés sont essentiellement dus à des erreurs de conception, d’exécution, à la modification des conditions d’exploitation (service), au vieillissement et à l’endommagement des matériaux et des structures et à une mauvaise estimation des conditions de sollicitations exceptionnelles de type accidentel.
Il est donc nécessaire d’estimer l’état de fonctionnement des ouvrages et de les réhabiliter ou encore, de les requalifier en recherchant des techniques de construction originales faisant appel à des nouveaux matériaux pour minimiser l’impact sur les conditions d’exploitation en phase de réparation en garantissant la sécurité, la fiabilité, la durabilité des procédés pour satisfaire les exigences des usagers.
Un modèle numérique à vocation industrielle
Le projet ILISBAR est organisé autour de différentes équipes de recherche aux compétences complémentaires : l’Université LYON 1, l’École normale supérieure Paris-Saclay, le CEA et l’IFSTTAR ; un atout pour le développement d'une recherche scientifique de qualité.
Cette recherche nécessite deux phases importantes, une partie expérimentale et une partie modélisation numérique. Afin de définir un modèle robuste et prédictif, une campagne d’essais sur des corps d’épreuve ayant des configurations différentes est nécessaire.
Les études expérimentales devront permettre le calage des paramètres du modèle développé. Les risques se situent dans la définition des différents paramètres utilisés dans le modèle qui devront être des paramètres facilement identifiables physiquement.
Les études expérimentales auront comme objectifs de faire varier à la fois des paramètres géométriques (dimensions des sections des différents constituants, différentes portées des éléments horizontaux, différents élancements,…), des caractéristiques mécaniques des matériaux, différentes sollicitations, différentes configurations de ferraillage ou encore de renforcement composite.
Avec un fort critère académique, ce projet vise à mettre en place un nouveau concept de modèle fondé sur le comportement physique des nœuds et non sur les conditions limites utilisées habituellement.
Le financement ANR permet de disposer de bases expérimentales importantes capables d’enrichir le modèle et de le rendre robuste pour in fine, permettre une transition technologique vers les industriels.