Essais & Simulations n°113

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Dossier Essais et Modelisation Figure 3 : Vue de la table Azalée en phase expérimentale (maquette à tester en place, instrumentée, protections métalliques encerclant la zone d’essai). lations industrielles testés à échelle réelle) des sollicitations dynamiques représentant le mouvement qui serait induit par un séisme. Ces quatre tables ont des performances et des propriétés différentes, offrant ainsi une large une palette d’essais : La table Azalée : la plus « emblématique », car actuellement parmi les plus performantes en Europe, a été mise en service en 1991 (figures 3 et 4). Dotée d’un plateau de 6 mètres par 6mètres, elle est utilisée pour tester des spécimens de grandes dimensions et de masse importante (jusqu’à 100 tonnes, capacité la plus importante en Europe). Huit vérins hydrauliques, pouvant développer chacun une force maximale dynamique de 1000 kN, permettent de réaliser des excitations tridimensionnelles. La plage d’excitation est de 0 à 50 Hz. La table Mimosa: mise en service en 1982, Mimosa est une table vibrante mono axiale de 2 mètres par 2 mètres. Elle a une charge utile de 10 tonnes. Equipée de paliers hydrauliques, elle est actionnée par un vérin hautes fréquences permettant de réaliser des essais jusqu’à 350 Hz environ. Cette table a spécialement été conçue pour réaliser des essais sur des maquettes à échelle très réduite. La table Tournesol: mise en service en 1976, la table bi-axiale (horizontale - verticale) Tournesol permet de soumettre des spécimens d’une masse pouvant aller jusqu’à 10 tonnes à des excitations dynamiques mono ou bi-axiales. La plage d’excitation est de 0 à 50 Hz. La table Vésuve, est la première table mise en service au CEA en 1969, et rénovée en 1976. L’excitation est mono-axiale horizontale. Son plateau a une charge utile de 20 tonnes. La plage d’excitation est de 0 à 50 Hz Cette table est principalement utilisée pour réaliser des essais de recherche et développement. Outre les tables vibrantes, Tamaris dispose également d’un mur de réaction, et d’une fosse Iris (figures 1 et 2). Le mur de réaction (longueur 5 mètres, hauteur 4 mètres) sert d’appui à des vérins qui appliquent des efforts statiques ou dynamiques sur la structure à tester. La fosse Iris, d’une profondeur de 15 mètres pour une largeur de 4,2 mètres est Figure 4 : Vue en coupe de la table Azalée (vision de l’ensemble hydraulique et des connections aux vérins) un massif de réaction de masse 1 000 tonnes environ. Avec des possibilités d’implantation de vérins en horizontal ou vertical en différents emplacements, la fosse Iris permet de réaliser des sollicitations mécaniques sur des structures de grande hauteur, comme par exemple les barres de commande de réacteur nucléaire. Enfin, le pont roulant de la plateforme Tamaris, d’une capacité maximale de 25 tonnes permet de réaliser en particulier la manutention des maquettes depuis leur aire de fabrication jusqu’aux moyens expérimentaux. Le laboratoire a une capacité d’acquisition de plus de 200 voies de mesure, permettant de part sa modularité et sa souplesse de connecter et enregistrer des signaux d’origine et de nature variées (tension, courant, jauges, ICP,…). En complément de ces mesures, le laboratoire met en œuvre depuis quelques années la technique de stéréovision 3D permettant d’avoir accès en particulier à des informations de type champs de déformation ou champs de déplacement sur la surface d’une maquette en cours d’essais. Diversité des programmes de recherche menés au laboratoire EMSI Une partie de la recherche menée au laboratoire est réalisée en collaboration avec les industriels et exploitants tels qu’Électricité de France, Areva, mais également avec l’appui technique de l’Autorité de sûreté nucléaire, l’Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire. Le laboratoire EMSI participe également à des programmes de recherches nationaux, européens et internationaux. Sur le plan national, le laboratoire participe actuellement au projet ANR Sisbat, qui mobilise quatorze organismes de recherche, et qui a une composante expérimentale: la réalisation d’une campagne d’essais sismiques sur une structure (charpente) en bois en 2013 sur la table Azalée. En outre, le laboratoire EMSI coordonne le projet Sinaps (Séisme et installation nucléaire: améliorer et pérenniser la sûreté), en réponse à l’appel d’offre Figure 5 : Maquette Bandit en béton armé Essais & Simulations • AVRIL 2013 • PAGE 46

Dossier Essais et Modelisation Références CAST3M: logiciel de simulation aux éléments finis, www-cast3m.cea.fr Site du laboratoire EMSI, installation Tamaris, www-Tamaris.cea.fr Site du programme européen Series du FP6, www.Series.upatras.gr C. Berge-Thierry et T. Chaudat Figure 6a : Renforcement par PTMS Figure 6b : Renforcement par CFRP émis par l’ANR suite à l’accident de Fukushima au Japon en 2011. Ce projet, d’une durée de cinq ans, comporte un volet expérimental significatif. Ce projet, qui rassemble treize partenaires, est en cours d’instruction à l’ANR. Sur la scène européenne, le laboratoire initie ou s’associe à des projets de recherche gérés par la communauté européenne, et a ainsi récemment coordonné pendant quatre ans le projet Efast (dédié au design de la future installation expérimentale d’essais sismiques d’envergure européenne). Actuellement, le laboratoire EMSI participe au projet européen du FP6 Series, qui s’achèvera en 2013. Ce projet est entièrement dédié aux approches expérimentales d’études sismiques. Au sein de ce programme, outre des actions d’études et de recherche, le laboratoire est en charge de la réalisation de 3 programmes expérimentaux importants sur des structures en béton armé ou métalliques.(campagne Bandit – structure élancée poteaux-poutres faiblement armée, échelle ~1 - réalisée en 2012, ENIS- TAT – maquette à l’échelle ½ d’une structure conventionnelle en béton armé conçue selon l’EC8 - testée en février 2013, et BRACED – structure métallique - à mener d’ici mai 2013). Régulièrement, le laboratoire EMSI participe à divers programmes internationaux de recherche ou de benchmarks de simulations, (exemple, campagnes d’essais CAMUS, projets initiés par l’OCDE ou l’AIEA …). Un exemple de campagne d’essais sismiques – Programme européen Series – Projet Bandit Dans le cadre du programme européen Series, le projet Bandit dirigé par l’Université de Sheffield est destiné à l’étude expérimentale de techniques de renforcement de bâtiments en béton armé endommagés par un séisme. Le laboratoire EMSI a réalisé les essais sismiques sur la table Azalée sur une structure de type portique (poteau/poutre en béton armé) à échelle 1 en béton volontairement faiblement armé. Cette campagne d’essais, qui a cumulé plus de cent situations d’essais, dont trente-sept séismes, s’est déroulée début 2012 en présence de représentants des partenaires européens. Ce projet a pour but l’étude expérimentale du renforcement sismique de bâtiments en béton armé avec la méthode des « Post-Tensioned Metal Straps » ou PTMS. Pour cela, une maquette en béton armé à l’échelle 1 (figure 5) a été construite dans le hall d’essais Tamaris : elle est constituée de quatre poteaux et de deux niveaux de poutres et planchers (surface 4260 x 4260 mm2, hauteur 6870 mm, masse 20 tonnes). Elle est représentative du bâti méditerranéen ancien ou de pays émergents et n’ayant pas été construit selon les normes parasismiques. Ainsi, le ferraillage de la maquette est volontairement déficient aux noeuds et une résistance faible de béton a été spécifiée. La maquette a été fixée sur la table Azalée pour la solliciter, dans un premier temps, uni axialement respectivement selon chaque axe horizontal, selon le processus expérimental suivant : • essais sismiques d’endommagement de la maquette en augmentant progressivement le niveau des séismes. Après chaque niveau, la fréquence de résonance de la maquette est mesurée en la sollicitant par un signal aléatoire bas niveau, • réparation et renforcement de la maquette avec la technique du PTMS (figure 6a) et Carbon Reinforced Polymers CFRP également (figure 6b), • essais sismiques sur la maquette réparée et renforcée en augmentant progressivement le niveau des séismes. La maquette a été chargée préalablement aux essais avec des masses additionnelles : 13,5 tonnes sous le plancher inférieur et 11 tonnes sur le plancher supérieur. Elle a, de plus, été instrumentée avec plus d’une Figure 7 : Définition de l’interstorey drift ratio Essais & Simulations • AVRIL 2013 • PAGE 47