Q : Quelles tendances en matière de génie civil ou de construction sont à l’origine de l’innovation dans les matériaux de construction ?
Rick Bearden : L’amélioration de la résistance sismique des structures civiles (bâtiments et ponts) dans les zones sismiques est une préoccupation mondiale permanente. Les ingénieurs civils et les concepteurs sont continuellement à la recherche de solutions permettant d’améliorer la sécurité des structures et protéger la vie humaine. La recherche d’innovation est donc constante. L’une des tendances notables est la recherche sur l’utilisation de barres d’armature à ultra-haute résistance dans les structures en béton armé. Plus précisément, les chercheurs étudient les différentes possibilités qui permettent d’améliorer le comportement inélastique des structures en béton armé afin d’éviter qu’elles ne subissent des défaillances désastreuses lors d’événements sismiques. Pour ce faire, ils suggèrent d’augmenter considérablement la résistance des barres d’armature. Le Japon en est un excellent exemple : le pays dispose actuellement de barres d’armature capables de supporter des limites d’élasticité pouvant atteindre jusqu’à 1 275 MPa (mégapascals), ce qui est tout simplement spectaculaire par rapport à la fourchette de 275 à 520 MPa des barres d’armature classiques.
Q : Pouvez-vous nous expliquer comment les éléments en béton armé peuvent permettre d’améliorer la résistance sismique d’une structure ?
Rick Bearden : Les barres d’armature apportent à une poutre ou une colonne en béton armé sa ductilité, c’est-à-dire sa capacité à se déformer sous l’effet d’effort de traction. De par sa nature, le béton est un matériau capable de supporter des contraintes de compression, mais il est fragile et ne peut supporter la tension causée par la flexion ou le flambage. Le renforcement avec des barres d’armature en acier ajoute des propriétés élastiques, permettant ainsi à un élément en béton armé de supporter une certaine charge de flexion et de revenir à son état d’origine lorsque la charge est supprimée. Les propriétés élastiques requises pour les éléments en béton armé sont bien définies dans les codes du bâtiment et de génie civil en vigueur dans le monde entier. Cependant, lors d’un événement sismique, une structure est soumise à d’énormes forces latérales qui peuvent la faire passer à un état inélastique, où l’allongement ou la déformation l’empêche de revenir à son état de contrainte d’origine. C’est ainsi qu’une défaillance structurelle se produit. Les barres d’armature à ultra haute résistance servent à améliorer les performances d’une structure inélastique afin d’éviter une défaillance complète même lorsqu’elle est gravement endommagée.
Q : Description des recherches en cours sur l’augmentation de la résistance des barres d’armature et de la ductilité des éléments en béton armé.
Rick Bearden : La conception du béton armé est une discipline d’ingénierie bien établie, mais l’accent mis sur les nouvelles barres d’armature à ultra-haute résistance incite à renouveler les recherches sur les principes fondamentaux, tels que la formulation chimique des alliages à haute résistance, les procédés de fabrication des barres d’armature et la façon de les déployer dans des éléments en béton armé. Les essais mécaniques jouent un rôle essentiel dans tous les aspects de ces recherches : les matériaux qui composent la barre d’armature et les jonctions mécaniques qui les relient doivent être caractérisés ; les composants des épissures mécaniques et des barres d’armature assemblés doivent être testés pour la résistance et la fatigue ; et les éléments en béton armé eux-mêmes doivent être testés pour comprendre comment la résistance des barres d’armature, la résistance du béton et le placement des barres d’armature dans l’élément en béton armé peuvent améliorer la résistance aux séismes. Logiquement, ces recherches se concentrent sur des zones à forte activité sismique, comme le Japon, la Russie, l’Ukraine, les États-Unis, la Corée, l’Inde et la Chine. Cependant, les universités du monde entier, et pas seulement celles situées dans des zones d’activité sismique, contribuent également à la recherche fondamentale dans ce domaine ; un bon exemple est l’Université du Minnesota, qui fait partie du consortium NEES (Network for Earthquake Engineering Simulation) (Réseau de simulation sismique industrielle).
Q : Quel est l’impact du développement des barres d’armature à limite d’élasticité élevée sur les exigences des essais mécaniques ?
Rick Bearden : De toute évidence, si les limites d’élasticité augmentent, les forces de tension augmentent aussi, de sorte que les essais mécaniques nécessitent des bâtis de charge à la force beaucoup plus élevée pour tester les barres d’armature, les matériaux de raccordement et les composants assemblés. Nous l’avons bien vu ces deux dernières années en recevant des demandes pour des bâtis de charge à 1 million, voire 2 millions de livres afin de tester les barres d’armature. C’est nouveau, car auparavant les demandes en systèmes de tests de barres d’armature ne dépassaient pas le demi-million de livres. Et bien sûr, les accessoires fournis avec le système de test (poignées, fixations, capteurs) sont également soumis à des exigences de force plus élevées. L’utilisation de bancs d’essai structurels pour les poutres en béton armé assemblées évoluera également, car les recherches en cours sur le comportement inélastique changeront les objectifs et l’orientation des essais. Par ailleurs, les chercheurs n’étudient plus seulement le comportement statique en tension, mais souhaitent également mener des essais de fatigue dynamiques en tension-compression jusqu’à zéro.
Q : Quelles sont les solutions d’essais mécaniques que MTS peut proposer pour répondre à des exigences de force aussi élevées ?
Rick Bearden : Pour répondre aux exigences des tests de matériaux et de composants de force plus élevée (barres d’armature, épissures mécaniques et assemblages barres/épissures), nous proposons une sélection complète de solutions de bâtis de charge clé en main qui incluent des commandes, un logiciel d’application, des poignées, des fixations et des accessoires, ainsi que l’alimentation et la distribution hydrauliques. Pour les cycles dynamiques de tension-tension ou de tension-compression, nous avons une gamme complète de bâtis de charge nominale servohydrauliques à quatre colonnes avec une plage de capacités de force très étendue, allant de 1,0 à 30,0 MN.
Pour tester les structures à grande échelle (poutres ou colonnes avec barres d’armature à haute résistance intégrées), nous fournissons des systèmes clés en main, comprenant des vérins d’essais civils résistants à la fatigue, des pivots à force élevée, de grands portiques ou structures de réaction, des commandes, des logiciels d’application, des accessoires, et l’alimentation et la distribution hydrauliques, si nécessaire. En règle générale, ces systèmes sont utilisés pour effectuer des tests de flexion en trois ou quatre points et sont plus que capables de conduire à l’échec des articles de test en béton armé à haute résistance.
Q : Une nouvelle technologie sera-t-elle nécessaire pour répondre à ces besoins dans le futur ?
Rick Bearden : Nous devons nous assurer que le portefeuille MTS continue d’inclure ce dont les clients ont besoin. Nous travaillons sur l’innovation de notre technologie de mors à mâchoires hydrauliques. Les forces requises pour tester les barres d’armature à haute résistance repoussent les limites de nos fameux mors à chargement latéral, qui permettent une installation relativement rapide et facile des échantillons. Cependant, ce modèle n’est pas adapté aux charges d’un million de livres, car les contraintes sur le logement du mors deviennent extrêmement élevées. Nos mors à logement fermé 641 sont une alternative viable pour les tests de cette ampleur, mais n’offrent pas la même facilité d’installation. Nous étudions donc les améliorations possibles de nos mors à mâchoires à chargement latéral. De plus, nous explorons également les avantages potentiels de différents types de technologies de mesure, telles que l’extensométrie optique ou laser. Cependant, l’offre actuelle de MTS est tout à fait adaptée aux tests de barres d’armature à haute résistance et de structures en béton armé. Nos solutions clés en main ciblées, notre expertise poussée dans ce domaine d’application et notre capacité à fournir aux chercheurs ce dont ils ont besoin pour répondre à leurs exigences restent inégalés.
