DÉFI DU CLIENT
La croissance démographique mondiale pose des défis particuliers aux ingénieurs civils. Les grandes villes nécessitent des bâtiments plus hauts, des systèmes de transport en commun plus grands et des ponts plus longs, qui doivent tous être conçus de façon à résister aux tremblements de terre et autres catastrophes. Tongji, l’une des universités les plus anciennes et les plus prestigieuses de Chine, ouvre la voie dans ce domaine, en utilisant de nouvelles méthodes de test pour aider les ingénieurs à améliorer leurs conceptions.
L’unité de génie civil de l’Université de Tongji abrite à la fois le département d’ingénierie des ponts et le laboratoire clé de l’État pour la réduction des catastrophes en génie civil. Ici, le Dr Chengyu Yang est un professeur clé de la section de recherche pour la conception sismique des ponts, qui effectue des essais permettant de réduire les effets des tremblements de terre dévastateurs sur les ponts, les bâtiments, les tunnels et de nombreuses autres structures.
« L’un de nos plus grands défis consiste à effectuer des essais sur table de tangage pour les modèles de ponts à longue portée », explique le Dr Yang. « Si vous n’avez qu’une seule table, même de six mètres sur six, le modèle du pont doit être relativement petit, jusqu’à une échelle de 1:100 ou 1:200. »
Le problème est que plus le modèle est petit, moins les résultats sont utiles. Les modèles plus petits ne réagissent tout simplement pas de la même manière que les structures de pont réelles, ce qui rend plus difficile l’extrapolation des données de test à la structure à grande échelle. Et si la structure en question est le pont de Taizhou dans le Jiangsu, qui s’étend sur 62 kilomètres, le problème devient particulièrement difficile à résoudre.
SOLUTIONS MTS
Pour réaliser les essais sismiques pour les modèles à grande échelle, y compris une réplique du pont de Taizhou, l’équipe du Dr Yang a travaillé avec MTS pour mettre en service une solution de table de tangage unique en son genre qui peut être disposée dans plusieurs configurations et qui prend en charge les modèles pesant jusqu’à 200 tonnes. Installée dans le laboratoire MFST (Multi-Functional Shaking Tables) de Tongji, la solution intègre quatre tables au sein de la plus grande installation d’essais sismiques multi-tables au monde.
Les tables de tangage utilisent des vérins hydrauliques pour reproduire les forces et les mouvements subis par les structures lors d’un tremblement de terre ou d’un autre événement sismique. Le laboratoire MFST de Tongji comprend deux tables de tangage de 70 tonnes et deux tables de tangage de 30 tonnes qui peuvent être disposées dans plusieurs configurations n’importe où dans deux tranchées adjacentes. Une tranchée de 70 mètres de long peut accueillir les quatre tables et une tranchée de 30 mètres de long peut contenir deux tables. Les quatre tables peuvent être positionnées et ancrées par incréments de deux mètres, permettant au laboratoire d’accueillir des échantillons d’essai plus longs et plus grands, y compris ceux qui couvrent les deux tranchées
Plus important encore, le mouvement des quatre tables peut être synchronisé pour reproduire les ondes sismiques comme s’il s’agissait d’une très grande plate-forme, ou les tables peuvent fonctionner indépendamment. À l’aide d’une application de mémoire partagée en temps réel à haute vitesse, la solution permet à toutes les tables de « voir » les données de toutes les autres tables. Toutes les données sont intégrées dans un contrôleur principal qui interprète les commandes et les retours pour que tout reste synchronisé. Cela donne au laboratoire un contrôle plus étendu sur l’ensemble de l’environnement de test.
« Aucun autre laboratoire au monde ne dispose d’une technologie de table de tangage pouvant être utilisée de cette façon, à cette échelle », déclare le Dr Yang. « Nous n’aurions pas pu localiser le laboratoire MFST au centre-ville de Shanghai à proximité du reste de Tongji en raison de sa taille. Nous avons dû le construire sur un nouveau campus. Le bâtiment du laboratoire mesure 100 mètres de long et 88 mètres de large. »
Bien que la solution tire parti de la technologie traditionnelle de table de tangage développée par MTS au cours des 30 dernières années, elle est personnalisée pour répondre aux spécifications de l’équipe du Dr Yang. Les ingénieurs de MTS et de Tongji ont travaillé ensemble pour développer une solution avec une combinaison sans précédent de taille, de capacité et de flexibilité.
AVANTAGES CLIENTS
Lorsque le laboratoire MFST de Tongji a effectué des essais sismiques sur le modèle réduit du pont de Taizhou, la taille et la configurabilité de la solution de table de tangage offraient des avantages distincts.
« Maintenant, nous pouvons utiliser un modèle à l’échelle 1:40 de 65 mètres de long au lieu de trois mètres de long », détaille le Dr Yang. « Nous pouvons concevoir notre modèle et configurer les tables pour qu’elles correspondent à l’essai plutôt que l’inverse. C’est très pratique pour nos chercheurs. Ils peuvent obtenir les données qu’ils souhaitent absolument, plutôt que de se contenter de ce qui se fait de mieux. »
En testant des modèles plus grands, l’équipe du Dr Yang crée un environnement d’essai beaucoup plus proche des conditions réelles, ce qui aide les chercheurs à mieux prédire les réponses réelles du système. Des essais plus réalistes permettent de vérifier les modèles virtuels et de les rendre plus précis, ce qui améliore la conception des grandes structures. La solution de MTS crée également des opportunités permettant au laboratoire MFST de réaliser de nouveaux types de tests.
« Nous venons de terminer les essais pour un tunnel reliant la Chine continentale, Hong Kong et Macao », déclare le Dr Yang. « Avant, nous placions le modèle d’une section d’un tunnel dans une boîte de terre de quatre mètres sur quatre. Maintenant, nous pouvons faire le même essai avec une boîte de 40 mètres de long. Cela nous permet d’évaluer les connexions des segments par une excitation non uniforme, ce qui est essentiel car les ondes sismiques frappent de manière différente chaque partie des grandes structures. C’est une recherche unique. »
La solution n’est qu’un exemple de plus dans une relation de 30 ans entre Tongji et MTS, qui se renforce à chaque projet.
« Tous les employés de MTS travaillent dur et sont professionnels, des ventes aux ingénieurs en passant par les techniciens », explique le Dr Yang. « Cet été, j’avais une question sur un essai alors j’ai envoyé un e-mail le dimanche après-midi, ce qui correspond au milieu de la nuit aux États-Unis. Je ne m’attendais évidemment pas à recevoir une réponse tout de suite. Le lendemain matin, j’avais reçu des réponses de plusieurs personnes différentes chez MTS, aux États-Unis et en Chine. Ce n’est qu’un exemple de leur réactivité face à nos besoins. »
