23/11/2015 - Étude de l'effet des explosions à proximité sur des éléments structurels

Menéame

El Groupe des explosifs de la École technique supérieure d'ingénieurs des mines et de l'énergie de la Université polytechnique de Madrid (UPM) a créé un modèle numérique permettant d'étudier le comportement du béton armé face à des charges explosives proches. Il est le fruit du projet SEG TRANS, financé par le Centre pour le développement technologique industriel (CDTI) dans le cadre du programme Fonds technologiques et projets intégrés.

Le béton armé est l'un des principaux matériaux utilisés dans la construction de terminaux de transport et d'infrastructures de communication. Les raisons sont nombreuses: prix, résistance à l'usure ou au feu, facile à manipuler et bonnes propriétés mécaniques. Toutefois, l'utilisation d'explosifs improvisés (appelés < < IED> >) dans des attaques terroristes récentes, telles que celles qui ont eu lieu à Madrid (2004), Stockholm (2010), Moscou (2011) et Boston (2013), témoigne de la grande vulnérabilité de ces structures face à de telles attaques.

Pour améliorer la résistance à l'explosion de ces matériaux, on travaille sur deux voies. La première consiste à ajouter des fibres (acier, charbon, verre ou polypropylène) au béton en tant que renfort interne, créant ce qu'on appelle des bétons renforcés. La seconde, en portant le béton avec des éléments tels que des mousses d'aluminium ou des tôles d'acier. Les deux techniques sont complexes, parfois coûteuses, et ne sont pas toujours la solution définitive. En tout état de cause, la simulation numérique permet à l'avance de prédire le comportement de ces solutions face à un phénomène dynamique tel que les explosions et donc d'optimiser les coûts de l'expérimentation et de la mise en œuvre.

Outre le développement, la mise en œuvre et la validation des modèles numériques, le Groupe d'Explosifs de l'UPM a été chargé, entre 2010 et 2014, de la réalisation des essais dans les installations de l'Institut Technologique de La Maranosa. Huit essais ont été effectués, dont trois d'étalonnage et les autres de différentes configurations avec des renforts de fibres (métalliques et de polypropylène) et des protections telles que des plaques d'acier.

Pour les essais d'étalonnage, deux modèles ont été développés en utilisant différentes définitions du béton selon les matériaux mis en œuvre dans le logiciel LS-DYNA. Par rapport aux mesures de pression et d'accélération obtenues dans lesLe travail a également montré que la protection passive qui ne revêt pas le béton (type chemises en acier) n'est pas la meilleure solution, car elle entraîne une augmentation dans la zone de spalling ou des dommages. La raison en est que le fer à repasser en acier focalise l'effet de la pression sur la zone inférieure et que, aux extrémités de celle-ci, il y a des concentrations de tension qui favorisent l'augmentation des dommages à la structure.

Le travail a également montré que la protection passive qui ne revêt pas le béton (type chemises en acier) n'est pas la meilleure solution, car elle entraîne une augmentation dans la zone de spalling ou des dommages. La raison en est que le fer à repasser en acier focalise l'effet de la pression sur la zone inférieure et que, aux extrémités de celle-ci, il y a des concentrations de tension qui favorisent l'augmentation des dommages à la structure.

Les chercheurs sont convaincus que les modèles numériques développés peuvent être utilisés comme étapes préalables à l'expérimentation afin de concevoir de meilleurs essais, d'étudier l'effet sur les constructions déjà construites ou même sur les solutions passives possibles dans les bâtiments en service.

Réf.

R. CASTÉ; P. SECARRA; A. ALAÑON; L.M. LOPEZ; A.P. SAINTS; J.A. SANCHIDRIAN. 2015. "Air blast resistance of full-scale slabs with different compositions: Numeral modeling and field validation". International Journal of Impact Engineering, 86:145-156. essais, l'un des deux modèles matériaux utilisés, appelé CSCM, a présenté les meilleurs résultats et a donc été utilisé dans le reste des essais. L'erreur moyenne en termes relatifs entre la simulation et les essais réels était d'environ 12%.

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UPM

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