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                                                                       - Analyse de vulnérabilité
                                                                       - Confortement par TFC
                                                                       - Projets de recherches
                                                          Sourdun
                                                  Mercredi 9 et Jeudi 10 mai

          Cédric DESPREZ
          09 mai 2012




Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012
Contexte           Stratégie d’analyse              Renforcement par TFC            Perspectives



                                                                                           Analyse de vulnérabilité

                                                                                                                                       Léger

                                                            Aléa           Structure                 Dommages
                                                          sismique         existante                 admissibles
Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012




                                                                                                                                      Modéré


                                                            Evaluation du niveau
                                                               de dommage                                                            Important



                                                                                                                                   Très Important
                                                                                       Décision
                                                                                    d’intervention
                                                                                                                                       Ruine

                                                                          Enjeu : évaluation avant et après
                                                                              confortement de la structure
                                                                                                                                                     2/22
Contexte          Stratégie d’analyse             Renforcement par TFC            Perspectives



                                                                                        Présentation de la structure

                                                                    13m                                                                        Dernier
                                                           Nord              43m
                                                                                                                                               étage
Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012




                                                                   52m                                                                   Étages
                                                                                                                                         courants


                                                                                                                                                Tablier
                                                                                                                                               transfert

                                                                                                                                 Hall     Rdc 1
                                                                                                                                          Rdc 2

                                                                                                                                    Sous-sol


                                                        Instrumentation permanente


                                                                                                                       RDC de la tour




                                                                                                                                                         3/22
Contexte             Stratégie d’analyse        Renforcement par TFC           Perspectives




                                                                        Contexte
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                                                        1.    Stratégie d’analyse de la vulnérabilité   (Hôtel de Ville de Grenoble)




                                                        2.    Stratégie de modélisation du renforcement par TFC




                                                        3.    Evaluation du renforcement                 (Hôtel de Ville de Grenoble)




                                                               Conclusions et perspectives
                                                                                                                                                 4/22
Contexte           Stratégie d’analyse              Renforcement par TFC            Perspectives



                                                                              Eléments finis de type poutres multifibres

                                                                                                                                   Modélisation 3D
                                                                                                                                     simplifiée
Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012




                                                                           Béton d’enrobage


                                                                                       Acier          Béton confiné
                                                                                                      par cadres

                                                          Cinématiques Bernoulli ou Timoshenko (Guedes & al 1994, Kotronis & al 2004)
                                                          Adhérence parfaite entre les fibres
                                                                                                 Code de calcul

                                                                                    Cast3m : CEA (Combescure, 2000)

                                                                                                                                                     5/22
Contexte           Stratégie d’analyse          Renforcement par TFC         Perspectives



                                                                            Béton : modèle d’endommagement unilatéral (La Borderie, 1991)
                                                        Expression uniaxiale du modèle :
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                                                                               Acier d’armatures : Modèle de plasticité (Menegotto & al, 1973)


                                                        Ecrouissage cinématique

                                                        Flambement des armatures




                                                                                                                                              6/22
Contexte          Stratégie d’analyse                 Renforcement par TFC                   Perspectives



                                                                      Modèle numérique (Cast3m)                     /              Validation
                                                        Maillage                                                             Fréquences propres
                                                        (58848 ddl)



                                                                                                 In situ
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                                                                                          (Gueguen & al)



                                                                                                 Modèle

                                                                         Plaques élastique
                                                                         linéaires (DKT)
                                                                                                       Comportement sous séisme réel (Valorcine, 2005)
                                                                                                            Drift                               FFT


                                                                            Poutres
                                                                            multifibres
                                                                            non linéaires



                                                                         Encastrement
                                                                                                                        (El Arem & al, 2010)                   7/22
Contexte                Stratégie d’analyse            Renforcement par TFC                Perspectives



                                                                                 Analyse dynamique non linéaire : séisme EC8
                                                                                                                      Evolution des déformées
                                                                   Séisme artificiel "EC8"
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                                                                                                                   Déplacements, drift, efforts…
                                                          Déplacements relatifs de 3 points au sommet




                                                                                                        Indicateur de dommage Hazus, Risk-UE…               8/22
Contexte           Stratégie d’analyse          Renforcement par TFC           Perspectives



                                                                          Indicateurs de dommages locaux (échelle des fibres)

                                                                    Variables d’endommagement                           Déformations

                                                        Endommagement du          Endommagement du          Déformation des armatures
                                                         béton en traction        béton en compression            métalliques
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                                                             D1 max = 1                 D2 max = 0.25                εmax = 5,2 .10-3




                                                                                                                                  Plastification




                                                               Y    X                             Y
                                                                                                                        (courbe enveloppe)
                                                                                                  X

                                                                                                                                                   9/22
Contexte           Stratégie d’analyse              Renforcement par TFC           Perspectives



                                                                                  Qualification du niveau de dommage

                                                                   Léger                Analogie EMS-98 : Définition structurelle (Lang, 2002)
                                                                                        (classification européenne )
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                                                                                         Fissuration en traction du béton
                                                               Modéré
                                                                                         Plastification des armatures (εmax = 5,2 .10-3)

                                                                                         Absence de dommages en compression du béton
                                                              Important


                                                                                      Objectif de Dommage Léger : Eviter la plastification.
                                                          Très Important


                                                                                                          Renforcement par
                                                                   Ruine                                   collage de TFC



                                                                                                                                                   10/22
Contexte     Stratégie d’analyse        Renforcement par TFC      Cas d’études   Conclusions



                                                                                           Prise en compte du TFC
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                                                                   Outils de modélisation
                                                                   Méthode d’analyse                             Renforcement par TFC




                                                                   Objectif : évaluation avant et après confortement de la structure
                                                                                                                                                 11/22
Contexte       Stratégie d’analyse      Renforcement par TFC       Cas d’études     Conclusions




                                                                        Contexte
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                                                        1.    Stratégie d’analyse de la vulnérabilité         (Hôtel de Ville de Grenoble)




                                                        2.    Stratégie de modélisation du renforcement par TFC




                                                        3.    Evaluation du renforcement                      (Hôtel de Ville de Grenoble)




                                                               Conclusions et perspectives
                                                                                                                                                     12/22
Contexte   Stratégie d’analyse        Renforcement par TFC   Cas d’études   Conclusions



                                                                                           Renforcement axial
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                                                                                                                      Modelling of Beams with
                                                                                                                       CFRP reinforcement

                                                                                         Confinement de poteaux




                                                                                                                        Evolution de D2
                                                                                                                        adaptée au cas du
                                                                                                                        Confinement
                                                                                                                        (Cadres + TFC)

                                                                                                                           Modèle cyclic

                                                                                                                                            13/22
contexte                Outils de modélisation        Confinement par TFC         Perspectives



                                                                            Construction d’un modèle cyclique de béton confiné

                                                                                Développement d’un modèle basé sur :
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                                                                         Modèle La Borderie                     Modèle Eid & Paultre
                                                                   pour béton non confiné par TFC        pour béton confiné par cadre et TFC




                                                             Modification de l’évolution en compression du modèle cyclique La Borderie
                                                             afin de prendre en compte l’effet du confinement (modèle LMCC)
                                                                                                                                                  14/22
Présentation                     Stratégie d’analyse                    Renforcement par TFC              Perspectives



                                                                                                         Validation expérimentale
                                                                                                               Essais cycliques


                                                                                              (Paultre & al, 2010)
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                                                                       Non confiné
                                                        Efforts (KN)




                                                                                                                           Efforts (KN)
                                                                       Confiné par
                                                                       TFC
                                                        Efforts (KN)




                                                                                                                                              Déplacements (mm)

                                                                           Déplacements (m)                                                                               15/22
Contexte       Stratégie d’analyse      Renforcement par TFC       Cas d’étude      Conclusions




                                                                        Contexte
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                                                        1.    Stratégie d’analyse de la vulnérabilité         (Hôtel de Ville de Grenoble)




                                                        2.    Stratégie de modélisation du renforcement par TFC




                                                        3.    Evaluation du renforcement                      (Hôtel de Ville de Grenoble)




                                                               Conclusions et perspectives
                                                                                                                                                     16/22
Contexte             Stratégie d’analyse           Renforcement par TFC           Perspectives



                                                                                             Confortement de l’HDV
Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012




                                                           Renforcement
                                                           axial des piles   Section constante de TFC



                                                                                                          Avec TFC         Nouvelles zones sensibles
                                                                                                                           Augmentation des efforts
                                                                                                                           et déplacements

                                                                                                                                   Modéré



                                                                                                                                                  17/22
Contexte              Stratégie d’analyse           Renforcement par TFC            Perspectives



                                                                                          Optimisation du renforcement

                                                                                                             Pas de modification
Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012




                                                           Renforcement
                                                           axial des piles   Section dégressive de TFC



                                                                                                          Meilleure répartition des déformations




                                                                                                                                    Léger



                                                                                                                                                    18/22
Contexte               Stratégie d’analyse                    Renforcement par TFC              Perspectives



                                                                                 Remarque sur les indicateurs de dommages
Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012




                                                               Non renforcée           Renforcée



                                                                                                                     Evaluation en fonction
                                                                                                                     des indicateurs locaux



                                                                                                 Evaluation en fonction
                                                                                                 des indicateurs globaux
                                                                                                                                                Diminution du niveau
                                                                                                                                                   de dommage



                                                                                                                                     Augmentation du
                                                                                                                                    niveau de dommage
                                                                                                                                                                19/22
Contexte               Stratégie d’analyse        Renforcement par TFC              Perspectives



                                                                            Analyse statique par poussée progressive : Pushover

                                                                   Chargement statique équivalent                  Courbe de Pushover

                                                                                                                          TFC 6 étages
                                                                                                                          variable
Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012




                                                                                                                             TFC 4 étages
                                                                                                                             constant

                                                                                                                  Sans TFC




                                                                                                                   Point de performance




                                                                                                                             Niveaux de
                                                                                                                             dommages




                                                                                                                                                    20/22
Contexte            Stratégie d’analyse               Renforcement par TFC      Perspectives



                                                                                          Conclusions et perspectives

                                                         Outils d’évaluation de la vulnérabilité
                                                         d’une structure donnée

                                                                        Analyse 3D non linéaire simplifiée par éléments finis
Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012




                                                                        Modèle de comportement et chargement dynamique réalistes

                                                                         Définition réglementaire des indicateurs de dommage
                                                                            Correspondance Pushover / Analyse dynamique
                                                                                            Interaction sol-structure

                                                         Outils de modélisation pour le
                                                         renforcement par TFC

                                                                        Modèle cyclique pour béton confiné par TFC
                                                                        Choix dans le dimensionnement et la stratégie de renforcement
                                                                       Extension du modèle à d’autres matériaux et géométries

                                                                                 Implémentation du modèle dans Cast3m
                                                                                                                                                21/22
:



          Cedric.Desprez@ifsttar.fr
          09 mai 2012




Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

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  • 1. : - Analyse de vulnérabilité - Confortement par TFC - Projets de recherches Sourdun Mercredi 9 et Jeudi 10 mai Cédric DESPREZ 09 mai 2012 Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012
  • 2. Contexte Stratégie d’analyse Renforcement par TFC Perspectives Analyse de vulnérabilité Léger Aléa Structure Dommages sismique existante admissibles Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Modéré Evaluation du niveau de dommage Important Très Important Décision d’intervention Ruine Enjeu : évaluation avant et après confortement de la structure 2/22
  • 3. Contexte Stratégie d’analyse Renforcement par TFC Perspectives Présentation de la structure 13m Dernier Nord 43m étage Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 52m Étages courants Tablier transfert Hall Rdc 1 Rdc 2 Sous-sol Instrumentation permanente RDC de la tour 3/22
  • 4. Contexte Stratégie d’analyse Renforcement par TFC Perspectives Contexte Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 1. Stratégie d’analyse de la vulnérabilité (Hôtel de Ville de Grenoble) 2. Stratégie de modélisation du renforcement par TFC 3. Evaluation du renforcement (Hôtel de Ville de Grenoble) Conclusions et perspectives 4/22
  • 5. Contexte Stratégie d’analyse Renforcement par TFC Perspectives Eléments finis de type poutres multifibres Modélisation 3D simplifiée Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Béton d’enrobage Acier Béton confiné par cadres Cinématiques Bernoulli ou Timoshenko (Guedes & al 1994, Kotronis & al 2004) Adhérence parfaite entre les fibres Code de calcul Cast3m : CEA (Combescure, 2000) 5/22
  • 6. Contexte Stratégie d’analyse Renforcement par TFC Perspectives Béton : modèle d’endommagement unilatéral (La Borderie, 1991) Expression uniaxiale du modèle : Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Acier d’armatures : Modèle de plasticité (Menegotto & al, 1973) Ecrouissage cinématique Flambement des armatures 6/22
  • 7. Contexte Stratégie d’analyse Renforcement par TFC Perspectives Modèle numérique (Cast3m) / Validation Maillage Fréquences propres (58848 ddl) In situ Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 (Gueguen & al) Modèle Plaques élastique linéaires (DKT) Comportement sous séisme réel (Valorcine, 2005) Drift FFT Poutres multifibres non linéaires Encastrement (El Arem & al, 2010) 7/22
  • 8. Contexte Stratégie d’analyse Renforcement par TFC Perspectives Analyse dynamique non linéaire : séisme EC8 Evolution des déformées Séisme artificiel "EC8" Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Déplacements, drift, efforts… Déplacements relatifs de 3 points au sommet Indicateur de dommage Hazus, Risk-UE… 8/22
  • 9. Contexte Stratégie d’analyse Renforcement par TFC Perspectives Indicateurs de dommages locaux (échelle des fibres) Variables d’endommagement Déformations Endommagement du Endommagement du Déformation des armatures béton en traction béton en compression métalliques Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 D1 max = 1 D2 max = 0.25 εmax = 5,2 .10-3 Plastification Y X Y (courbe enveloppe) X 9/22
  • 10. Contexte Stratégie d’analyse Renforcement par TFC Perspectives Qualification du niveau de dommage Léger Analogie EMS-98 : Définition structurelle (Lang, 2002) (classification européenne ) Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Fissuration en traction du béton Modéré Plastification des armatures (εmax = 5,2 .10-3) Absence de dommages en compression du béton Important Objectif de Dommage Léger : Eviter la plastification. Très Important Renforcement par Ruine collage de TFC 10/22
  • 11. Contexte Stratégie d’analyse Renforcement par TFC Cas d’études Conclusions Prise en compte du TFC Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Outils de modélisation Méthode d’analyse Renforcement par TFC Objectif : évaluation avant et après confortement de la structure 11/22
  • 12. Contexte Stratégie d’analyse Renforcement par TFC Cas d’études Conclusions Contexte Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 1. Stratégie d’analyse de la vulnérabilité (Hôtel de Ville de Grenoble) 2. Stratégie de modélisation du renforcement par TFC 3. Evaluation du renforcement (Hôtel de Ville de Grenoble) Conclusions et perspectives 12/22
  • 13. Contexte Stratégie d’analyse Renforcement par TFC Cas d’études Conclusions Renforcement axial Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Modelling of Beams with CFRP reinforcement Confinement de poteaux Evolution de D2 adaptée au cas du Confinement (Cadres + TFC) Modèle cyclic 13/22
  • 14. contexte Outils de modélisation Confinement par TFC Perspectives Construction d’un modèle cyclique de béton confiné Développement d’un modèle basé sur : Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Modèle La Borderie Modèle Eid & Paultre pour béton non confiné par TFC pour béton confiné par cadre et TFC Modification de l’évolution en compression du modèle cyclique La Borderie afin de prendre en compte l’effet du confinement (modèle LMCC) 14/22
  • 15. Présentation Stratégie d’analyse Renforcement par TFC Perspectives Validation expérimentale Essais cycliques (Paultre & al, 2010) Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Non confiné Efforts (KN) Efforts (KN) Confiné par TFC Efforts (KN) Déplacements (mm) Déplacements (m) 15/22
  • 16. Contexte Stratégie d’analyse Renforcement par TFC Cas d’étude Conclusions Contexte Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 1. Stratégie d’analyse de la vulnérabilité (Hôtel de Ville de Grenoble) 2. Stratégie de modélisation du renforcement par TFC 3. Evaluation du renforcement (Hôtel de Ville de Grenoble) Conclusions et perspectives 16/22
  • 17. Contexte Stratégie d’analyse Renforcement par TFC Perspectives Confortement de l’HDV Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Renforcement axial des piles Section constante de TFC Avec TFC Nouvelles zones sensibles Augmentation des efforts et déplacements Modéré 17/22
  • 18. Contexte Stratégie d’analyse Renforcement par TFC Perspectives Optimisation du renforcement Pas de modification Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Renforcement axial des piles Section dégressive de TFC Meilleure répartition des déformations Léger 18/22
  • 19. Contexte Stratégie d’analyse Renforcement par TFC Perspectives Remarque sur les indicateurs de dommages Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Non renforcée Renforcée Evaluation en fonction des indicateurs locaux Evaluation en fonction des indicateurs globaux Diminution du niveau de dommage Augmentation du niveau de dommage 19/22
  • 20. Contexte Stratégie d’analyse Renforcement par TFC Perspectives Analyse statique par poussée progressive : Pushover Chargement statique équivalent Courbe de Pushover TFC 6 étages variable Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 TFC 4 étages constant Sans TFC Point de performance Niveaux de dommages 20/22
  • 21. Contexte Stratégie d’analyse Renforcement par TFC Perspectives Conclusions et perspectives Outils d’évaluation de la vulnérabilité d’une structure donnée Analyse 3D non linéaire simplifiée par éléments finis Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Modèle de comportement et chargement dynamique réalistes Définition réglementaire des indicateurs de dommage Correspondance Pushover / Analyse dynamique Interaction sol-structure Outils de modélisation pour le renforcement par TFC Modèle cyclique pour béton confiné par TFC Choix dans le dimensionnement et la stratégie de renforcement Extension du modèle à d’autres matériaux et géométries Implémentation du modèle dans Cast3m 21/22
  • 22. : Cedric.Desprez@ifsttar.fr 09 mai 2012 Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012