DUPLAN Julian Génie-civil Etude de la distribution du renforcement des structures en maçonnerie par fibres de carbone, en utilisant l’optimisation topologique.

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1 DUPLAN Julian Génie-civil Etude de la distribution du renforcement des structures en maçonnerie par fibres de carbone, en utilisant l’optimisation topologique Elaboration d’un modèle éléments finis d’une structure en maçonnerie renforcée par fibres de carbone et optimisation de la quantité, la forme et les régions nécessitant cette ajout de renfort Objectif L’optimisation topologique: Les résultats Conclusion Le renforcement par fibre de carbone Les structures en maçonnerie Les structures en maçonnerie sont un type de construction très répandu au Brésil, pour son faible coût et sa facilité de mise en œuvre. les changements d’utilisation d’un bâtiment entrainant une augmentation des charges d’exploitation ainsi que les désordres de diverses nature, ne sont pas sans causer certains problèmes au point de vue structurel. Jusqu’à aujourd’hui, il existe principalement deux méthodes de réhabilitation de ce type de structure, la première qui consiste à démolir pour reconstruire, et l’autre qui consiste à renforcer la structure existante. L’une de ces techniques de renforcement, consiste à disposer des bandes de matériaux composites (fibres de carbone ou fibres de verre associées avec une résine époxyde, etc.) sur les surfaces endommagées. Un matériau composite est réalisé à partir de l’assemblage de deux matériaux de nature différentes, se complétant et permettant d’aboutir à un matériau dont les performances sont supérieures à celles des composants pris séparément L’utilisation des matériaux composites dans le domaine du génie-civil est assez récente, depuis à peu près 50 ans ces nouveaux matériaux sont employés surtout dans le cadre de réparation et de réhabilitation de structures existantes. Pendant de nombreuses années l’ingénieur avait recours à son expérience conjuguée à des calculs relativement grossiers afin d’utiliser et d’optimiser l’emploi de ces matériaux dont le coût jusqu’à aujourd’hui demeure non négligeable. Outil de conception sans à priori, l’optimisation topologique est une bonne aide objective en avant-projet. En effet cette méthode suppose l’introduction du calcul très tôt lors du processus de conception et donne ainsi une solution neuve adaptée au problème donné. Fondamentalement, la méthode repose sur le fait de distribuer un matériau à l’intérieur de domaine fixe prédéfini, de telles sortes à maximiser ou inversement, minimiser une fonction objectif. Cette dernière pouvant être, par exemple la maximisation de la rigidité, ou la minimisation de la souplesse. L’étude réalisée portait sur deux types de renforcement, l’un sur deux faces et l’autre sur les quatre faces de la maçonnerie. Le logiciel de calcul éléments finis ANSYS utilisé lors de l’étude donne les résultats d’optimisation topologique exposés sur la figure ci-contre. Les parties en rouge indiquent suivant le pourcentage de la fonction objectif les zones où il est nécessaire de renforcer la structure, tout en donnant une idée sur la direction préférentielle du renforcement. Les zones en bleu sont au contraire elles des zones où il n’est pas nécessaire mettre du renfort. En l’état les résultats ne sont pas exploitables, il faut en effet à partir des résultats obtenus réaliser de nouveaux modèles, utilisant les dispositions de renfort préconisées par l’optimisation, et par la suite les comparer avec les méthodes de renforcement communément employées, traditionnelles. La figure suivante présente la structure issue des calculs d’optimisation topologique, prenant en compte les contraintes de forme et dimensions du matériau de renforcement utilisé.