Maîtrise durablE de la Fissuration des InfraSTructures en bétOn – MEFISTO

Afin d’améliorer la prédictino de la fissuration des ouvrages, deux voies principales sont étudiées :
- Méthodes continues :
Ces approches sont basées sur l’utilisation de lois de comportement béton principalement basées sur l’endommagement/plasticité qui ne permettent pas de décrire de manière discrète une fissure mais plutôt de représenter une zone dégradée. L’objectif est d’utiliser l’ensemble des informations disponibles pour représenter la position des macro-fissures et leurs ouvertures dans un outil de post-traitement de simulations éléments finis classiques (2D ou3D) mais également pour des approches dites « simplifiées » (approches de type poutres multi-fibres)
- Méthodes mixtes
Les approches mixtes introduisent la fissuration cœur de la simulation. En utilisant conjointement des approches continues et discrètes, les méthodes développées tentent de tirer parti des avantages des deux approches. La difficulté consiste à faire coexister deux modélisations dans le même calcul en les faisant collaborer pour qu’ils ne soient pas concurrents.

En complément de ces deux approches, un effort particulier est également mis sur la prise en compte des incertitudes dans la prédiction de l’ouverture et de l’espacement des fissures. Des outils fiabilistes ont été développés afin d’être couplés avec les modèles mécaniques. Les difficultés de couplages, les temps de calculs de l’ensemble des modèles sont un point important vis-à-vis de l’utilisation future des outils dans un contexte industriel.

De part les forts liens avec le PN CEOS.Fr, le projet bénéficie de résultats expérimentaux de premier ordre obtenus sur des structures de tailles réelles (plusieurs mètres) mises en œuvre dans des conditions industrielles. Les premières simulations de validation effectuées montrent que les modèles sont capables de représenter de manière adéquate le comportement fissuré des structures testées (chargement statique et thermo-hygro-mécanique). Les temps de calculs sont également un élément important dans le cadre de l’utilisation d’approches fiabilistes.

En effet, en vue d’une diffusion des outils développés pour des applications par les bureaux d’études, il est nécessaire de trouver un compromis entre précision et temps de calcul pour des raisons économiques et de complexité de mise en oeuvre.

Depuis le début du projet, une vingtaine d’articles scientifiques ont été produits. Ces articles portent à la fois sur les développements amonts des modèles mais également sur des apllications. Dans le cadre conjoint CEOS.fr/MEFISTO, une ouverture à l’international a été engagée par la mise en place d’un cycle de workshops CONCRACK (3 rencontres à ce jour). Ces évènements ont permis de mettre à disposition les résultats expérimentaux obtenus et de confronter les modèles de plus de 30 équipes internationales.

Les éléments urbains, tels que les bâtiments, réseaux, infrastructures diverses, sont principalement construits en béton. Dans le contexte général du développement durable, il est demandé aux structures en béton, armé ou précontraint, d'assurer des fonctions structurelles diverses sur des périodes de plus en plus longues en optimisant les quantités de matériaux nécessaires et pour une maintenance réduite. Les performances requises pour les ouvrages vont aujourd'hui bien au-delà de la simple résistance mécanique du matériau. Parmi les fonctions attendues, beaucoup sont liées à la qualité intrinsèque du matériau, son adéquation à l'environnement auquel il est soumis et la durée de vie visée de l'ouvrage. Néanmoins, il est un paramètre essentiel qui va conditionner le rapport à la déformabilité, à l'étanchéité à l'air ou à l'eau, à la durabilité et parfois à la sûreté : la fissuration du béton armé. La maîtrise de cette fissuration est d'un enjeu majeur car c'est elle qui va assurer les fonctionnalités principales des ouvrages tout au long de leur cycle de vie. Dans cette perspective, la prévision du comportement et de la fissuration des éléments en béton armé, et/ou précontraint, est essentielle pour décrire le fonctionnement et pronostiquer la durabilité des structures concernées. Cette prévision est complexe car elle dépend à la fois des caractéristiques propres du matériau dans son environnement mais également de la conception et du fonctionnement mécanique de la structure elle-même. La réglementation aborde ces aspects par le biais de méthodes issues d'expérimentations très classiques qui répondent souvent très mal aux problèmes posés par le développement durable en général et les structures à fonctionnalités spécifiques en particulier. Il en résulte que pour retrouver leurs fonctionnalités (sécurité, étanchéité, esthétique,…) de nombreux bâtiments et ouvrages d'art doivent être réhabilités à grand frais en raison de cette maîtrise insuffisante de la fissuration. Dans ce contexte le projet MEFISTO a pour but, en s'appuyant sur les connaissances scientifiques les plus avancées du domaine, de développer et valider de nouvelles voies pour la prévision de la fissuration des structures en béton armé sous sollicitations diverses (Thermiques, Hydriques et Mécaniques couplées).