Lettre mocad n°

2Objet de la recherche et Origine du problème

2.1Développement d’un modèle prédictif pour le béton

Le problème rencontré est général et n’est pas limité à la modélisation des ancrages car il concerne la modélisation prédictive et fiable du comportement des structures des bétons. Il s’agit d’élaborer un nouveau modèle basé sur les mécanismes de déformation spécifiques aux bétons. Le cas particulier des chevilles est une application parmi d’autres applications potentielles du modèle. L’objectif étant l’élaboration d’un code de calcul simplifié et son intégration dans le guide d’Agrément Technique Européen [ STYLEREF 2 \s ‎4.4. , STYLEREF 2 \s ‎4.4. ].

2.2Elaboration d’un code de calcul simplifié pour l’Agrément Technique Européen

En effet, le premier code européen sur l’utilisation des chevilles a été présenté en annexe du guide UEAtc en juin 1992, il a été ensuite repris et développé dans le guide d’Agrément Technique Européen terminé en juin 1997 [ STYLEREF 2 \s ‎4.4. , STYLEREF 2 \s ‎4.4. ] et accepté en octobre 1997 par la commission européenne. Entre temps, un grand nombre de travaux de recherche ont été mené partout dans le monde, en particulier à l'IWB de Stuttgart en Allemagne, au CSTB en France, à Austin en Texas, en Floride et au Japon [ STYLEREF 2 \s ‎4.4. , STYLEREF 2 \s ‎4.4. , STYLEREF 2 \s ‎4.4. , STYLEREF 2 \s ‎4.4. , STYLEREF 2 \s ‎4.4. ,…]. Par ailleurs, des essais ont été réalisés en grand nombre sur la base de ce guide, principalement en Allemagne et en France (CSTB) en vue de la délivrance d’agréments nationaux. Ces essais et les études statistiques ou analytiques associées ont permis de valider les méthodes et les modèles du guide sur les milliers d’ancrages, sur différents types de fixation, dans différentes compositions de béton et de nombreuses configurations.
Toutefois, si les modèles décrivant le comportement en traction des ancrages peuvent être considérés comme fiables, quelques études ont montré qu’il n’en est pas de même pour les modèles décrivant le comportement des ancrages soumis à des sollicitations tangentes situées dans un plan normal à l’axe des fixations. En outre, les modèles actuellement disponibles sont semi-empiriques et basés sur une approche statistique. Ils ne sont prédictifs que sur un domaine restreint des paramètres et au prix de l’introduction de certains facteurs dont la signification physique est critiquable. Aussi, est-il apparu nécessaire de reprendre l’étude du comportement des ancrages soumis à des sollicitations tangentes sur des bases purement scientifiques. Les études expérimentales ont montré que les modèles proposés dans le guide ATE pour des chevilles soumises à des efforts de traction sont fiables dans le cas où la rupture se produirait par arrachement d’un cône de béton. Par contre, ils ne le sont pas toujours pour des chevilles soumises à des sollicitations tangentes.

2.3Problèmes rencontrés avec les modèles actuels pour le béton 

Plusieurs modélisations numériques ont été effectuées jusqu'à présent pour simuler le comportement des chevilles métalliques dans le béton. Elles ont visé à décrire le comportement d'une seule cheville sous l'action d'une force de traction ou de cisaillement. La principale difficulté rencontrée a concerné le problème de blocage des contraintes conduisant ainsi à une double erreur. La première concernant l’estimation de la force ultime, la seconde est liée à l’estimation du déplacement.

En effet, la plupart des simulations menées à la cellule MOCAD avec la théorie de fissuration distribuée [ STYLEREF 2 \s ‎4.4. , , STYLEREF 2 \s ‎4.4. , , STYLEREF 2 \s ‎4.4. ] ont conduit à des résultats mitigés notamment par rapport à leurs capacités à prédire, sans calibrage, le comportement global des structures. Ceci concerne notamment le coefficient de cisaillement résiduel qui a une influence majeure sur le résultat global. La théorie de fissuration distribuée a été introduite d’abord par Rashid en 1968 [ STYLEREF 2 \s ‎4.4. ] puis développée par plusieurs auteurs [ STYLEREF 2 \s ‎4.4. , STYLEREF 2 \s ‎4.4. , STYLEREF 2 \s ‎4.4. , STYLEREF 2 \s ‎4.4. , STYLEREF 2 \s ‎4.4. ] avec plusieurs variantes : fissuration fixe, tournante, multiple … etc. Son intérêt réside dans son concept simple et intuitif. Cette théorie présente une efficacité pour la simulation numérique pour des problèmes relativement simples. Cependant, elle contient des défauts de base qui sont mis évidence lors de la simulation des cas de figures complexes.

Cette classe de modèle conduit généralement aux phénomènes de blocage des contraintes conduisant à un comportement rigidifiant de la structure, dû à la non dissipation des contraintes de cisaillement. D’autres difficultés sont rencontrées avec la variante « modèle multi-fissures » implémentée récemment dans SYMPHONIE [ STYLEREF 2 \s ‎4.4. ], elles concernent le traitement simultané de plusieurs fissures par point matériel (point d’intégration de Gauss dans un élément). Ceci se traduit souvent par une instabilité numérique. Une modification de la loi locale de fissuration est effectuée dans le modèle [ STYLEREF 2 \s ‎4.4. ], elle a permis de limiter considérablement le blocage des contraintes mais hélas, elle ne surmonte pas encore les difficultés numériques liées au traitement simultané de plusieurs fissures.

De même, les modèles classiques de plasticité ou d’endommagement bien que solidement formulés ne peuvent reproduire tous les mécanismes complexes de la déformation du béton sans des adaptations nécessaires.

Ainsi, un nouveau modèle basé sur la théorie d’endommagement et améliorant le comportement en cisaillement a été développé et récemment implémenté en 2D et 3D dans le code de calcul SYMPHONIE. Ce travail a pour but de répondre aux besoins de la modélisation d’une manière large et générale et pour fournir dans le cadre de RD2, un laboratoire virtuel fiable pour l’évaluation par simulation des structures en béton et particulièrement des fixations.

3ETAT DE L’ART SUR la modélisation du matériau béton