DÉFI DU CLIENT
Depuis des décennies, le Mark Huggins Structures Laboratory de l’Université de Toronto a eu un impact mondial important dans le domaine des structures de génie civil. Les recherches qui y sont menées sur le comportement du béton armé dans des conditions extrêmes fournissent maintenant la base théorique des dispositions canadiennes et américaines en matière de cisaillement des ponts et des codes du bâtiment. Il influence également les nouveaux codes de modèles en Europe.
Les ingénieurs d’essais structurels du laboratoire appliquent depuis longtemps une combinaison unique d’expérimentation et d’analyse à leurs recherches. En 1984, le professeur Michael P. Collins a développé le système SET (Shell Element Test), un outil de recherche très flexible et puissant, pour étudier le comportement de grands éléments (1,626 mx 1,626 m) en béton armé soumis à des forces planes et hors plan. Dès le départ, les échantillons testés dans la machine étaient destinés à modéliser des sections de ponts, des enceintes de confinement nucléaire, et des plates-formes pétrolières offshore. Le système servait également de moyen pour valider la théorie de la compression modifiée développée au laboratoire.
Plus récemment, alors que la science du béton a connu des avancées significatives, les ingénieurs du laboratoire ont commencé à ressentir les limites des capacités du système SET.
« Les résistances du béton disponibles ont été multipliées par trois au cours des dernières décennies, ce qui a permis à des éléments en béton armé beaucoup plus petits de supporter des charges plus élevées qu’auparavant », détaille le Dr Evan Bentz, un professeur de génie des structures au département de génie civil de l’université. « Ces avancées ont introduit toutes sortes de nouveaux comportements fascinants en matière de béton. Mais ils ont également exposé les faiblesses du système SET d’origine. »
En 2007, MM. Bentz et Collins ont réalisé qu’ils devaient tester des échantillons avec un niveau de contrôle et de précision bien supérieur afin de suivre le rythme de l’industrie. Étant donné que les défaillances structurelles du béton apparaissent généralement de manière non linéaire, la mise à niveau devait inclure la capacité de corréler les données de test acquises avec les charges et moments appliqués à un moment donné.
« Nous avions une connaissance approfondie du fonctionnement du système SET d’origine, mais nous ne possédions pas l’expertise en matière de technologie de contrôle avancée et d’intégration de système permettant d’atteindre les capacités que nous recherchions », explique M. Bentz.
Après avoir obtenu une subvention de la Fondation canadienne pour l’innovation, un organisme de recherche gouvernemental, pour mettre à niveau le système SET, le laboratoire a commencé à accepter des propositions. « Nous nous attendions à ce que deux ressources différentes soient nécessaires pour mener à bien notre mise à niveau : une pour nous dire ce qui était possible, et une autre pour le faire réellement », poursuitM. Bentz. « Nous avons été ravis de découvrir qu’une ressource pouvait accomplir les deux. C’est pourquoi nous avons choisi MTS. »
SOLUTIONS MTS
Terminé au début de 2010, la mise à niveau vers le système SET a transformé efficacement un système de test statique haute performance et durable, en un système de test dynamique à plus hautes performances et durable. Pour cela, les 60 vérins du système d’origine étaient équipés individuellement de servocommandes et de transducteurs de charge et de déplacement. Le contrôle dynamique total a été établi en intégrant un contrôleur numérique de pointe FlexTest® 200 et des PC clients exécutant le logiciel avancé AeroPro™. Seul progiciel d’application de test structurel à intégrer pleinement le contrôle et l’acquisition de données, le logiciel AeroPro facilite la gestion efficace d’un nombre élevé de canaux de contrôle et d’acquisition de données, permet la surveillance des tests en temps réel et fournit des historiques détaillés de chaque moment de défaillance d’un échantillon.
Ainsi, alors que le système d’origine ne fournissait que le contrôle de la pression des groupes de vérins, le système mis à niveau permet le contrôle de la charge et du déplacement de chaque vérin individuel simultanément, permettant l’exécution de profils de test plus sophistiqués et correspondant au monde réel et l’acquisition de données de résolution plus élevée. « Le système précédent de bancs de vis sortant à une pression donnée était assez fonctionnel et simple, mais pour obtenir le contrôle dont nous avions besoin pour un béton plus résistant et plus cassant, la capacité de contrôler lesdéplacements individuels était nécessaire », explique M. Bentz. « La flexibilité des options de contrôle dans le logiciel AeroPro est exactement ce dont nous avions besoin pour contrôler ces nombreux canaux de manière élégante. »
La mise à niveau du système comprenait également un tout nouveau système de distribution hydraulique, comprenant deux groupes hydrauliques SilentFlo™, un collecteur de service hydraulique modèle 293 et une conduite dure intégrée.
« Avec ces nouvelles capacités en matière de contrôle, d’actionnement et de logiciel, l’échantillon de béton flotte dans l’espace, et nous pouvons appliquer des charges et des moments spécifiques dans n’importe quelle direction à tout moment », précise M. Bentz. « Nous pouvons désormais soumettre des éléments en béton aux huit composantes de force possibles, tout en maintenant un contrôle strict. »
La solution MTS comprenait également une formation approfondie des utilisateurs sur site pour s’assurer que les ingénieurs de test tiraient pleinement parti de la mise à niveau du système SET.
AVANTAGES CLIENTS
Selon le Dr Bentz, le système SET mis à niveau permet au Mark Huggins Structures Laboratory de presque pouvoir simuler les conditions du monde réel sur les structures en béton armé d’aujourd’hui. Cela inclut la possibilité d’examiner de près l’impact des événements sismiques et des explosions, ainsi que les mécanismes de défaillance qui se manifestent seulement sur des périodes prolongées.
« Notre système SET d’origine nous a bien servi, mais il a limité nos possibilités car il était un système statique », explique le Dr Bentz. « Maintenant que nous disposons d’une solution dynamique de haute précision, nous pouvons obtenir une image détaillée de ce qui se passe exactement en cas de défaillance mécanique, selon un large éventail de scénarios de chargement. Beaucoup moins d’hypothèses sont nécessaires. »
« Je pense que nous sommes sur le point de découvrir une nouvelle science intéressante », poursuit le Dr Bentz. « Et nous sommes plus confiants que jamais dans notre capacité à faire des prédictions précises concernant la durée de service d’un pont. »
Le Dr Bentz cite l’expertise et le professionnalisme de MTS comme essentiels au succès de la mise à niveau du système SET. « La communication a été excellente pendant et après la mise en œuvre », déclare-t-il. « Nous avons trouvé que les représentants de MTS étaient professionnels, capables et toujours prêts à aider de quelque manière que ce soit. »
« La configuration dans son ensemble fonctionne exactement comme nous l’espérions », conclut le Dr Bentz. « Nous ne pouvions rien demander de plus. »
