Garantie de normes de sécurité dans la conception de structures en acier inoxydable

Selon Esther Real, cocoordinatrice du projet New GeneSS, l’une des caractéristiques clés des cadres en acier inoxydable utilisés dans la construction industrielle et de bâtiments réside dans le fait que chaque composant est évalué individuellement. Elle estime que cette approche donne souvent lieu à des conceptions longues et trop simplistes.

«En réalité, le fonctionnement des structures s’apparente davantage à celui des organismes, avec leurs poutres, colonnes et raccords, tous en interaction les uns avec les autres. Lorsque certains éléments ne peuvent pas supporter des charges, ces dernières sont transférées à d’autres éléments. Les conceptions traditionnelles ne tiennent pas compte de ce dynamisme», explique Itsaso Arrayago, cocoordinateur du projet.

Le projet New GeneSS, entrepris avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie, entend contribuer à la tendance récente en faveur d’une approche plus globale que représente la Direct Design Method (DDM ou méthode de conception directe).

Les membres du projet ont utilisé un logiciel de simulation avancé pour étalonner les facteurs de sécurité nécessaires pour veiller à ce que les risques structurels restent compris dans les limites de tolérance prévues par la réglementation européenne.

L’équipe a également élaboré un manuel de conception à l’intention des ingénieurs et architectes.

Fixer des normes de sécurité

Grâce aux récentes avancées apportées aux logiciels d’analyse structurelle, les concepteurs, guidés par les principes DDM, sont capables de prévoir avec précision le comportement de structures complexes entières. Or, avant le lancement du projet New GeneSS, aucune norme de sécurité n’avait été fixée afin de garantir que les conceptions satisfont aux exigences de sécurité européennes.

À l’heure de formuler des conseils en matière de sécurité, l’équipe du projet a rassemblé des données sur les structures en acier inoxydable, en particulier concernant leurs matériaux, dimensions et propriétés géométriques.

«Nous attendions des données fournies par les producteurs d’acier inoxydable, mais la pandémie nous a contraints de nous orienter vers des données émanant d’études antérieures, ce qui a renforcé l’importance d’une conservation et déclaration systématiques des données. On ne sait jamais quand les données pourraient s’avérer utiles à d’autres», fait remarquer Itsaso Arrayago, de l’université polytechnique de Catalogne (UPC), hôte du projet.

Les données ont été utilisées à des fins de simulations informatiques — logiciel Abaqus fondé sur la méthode des éléments finis — qui ont évalué la probabilité de défaillances structurelles dans différents scénarios.

Après avoir élaboré un modèle 3D précis de différents cadres structurels, présentant différentes géométries et sections, l’équipe a appliqué des charges diverses. Les codes réglementaires, qui comprennent des équations qui tiennent compte d’un éventail de hauteurs structurelles, de conditions météorologiques et d’emplacements géographiques (entre autres critères), ont été appliqués afin de déterminer la réponse structurelle probable.

«Nous voulions déterminer la charge maximale que chaque structure serait capable de supporter avant de s’effondrer, afin d’estimer sa “probabilité de défaillance”. Les paramètres de sécurité ont été évalués après avoir artificiellement réduit la résistance des structures et augmenté les charges par rapport aux valeurs réelles», ajoute Esther Real.

Quelques 8 000 tests virtuels ont été menés au total.

Des avantages multiples

La contribution du projet contribue à réduire le temps nécessaire à la conception de structures en acier inoxydable sûres, innovantes et plus efficaces.

«Selon notre analyse, l’utilisation de la nouvelle Direct Design Method conjuguée à nos conseils permet d’économiser, en moyenne, environ 15 % de matériaux par rapport aux méthodes actuelles plus traditionnelles, les réductions pouvant atteindre 23 % dans certains cas», fait remarquer Itsaso Arrayago.

Ainsi, les structures sont non seulement meilleur marché et plus rapides à construire, mais elles sont également moins préjudiciables pour l’environnement, car elles permettent d’éviter la libération d’une partie des émissions de carbone associées à la production des matériaux.

Les conseils du projet à l’intention des ingénieurs et architectes, spécialement adaptés aux normes européennes, américaines et australiennes, sont désormais disponibles gratuitement.

«Bien que la DDM soit toujours en cours d’élaboration et ne figure pas encore dans les eurocodes de construction applicables à l’acier inoxydable, nos conseils en matière de sécurité peuvent d’ores et déjà être utilisés. Des efforts sont déployés afin d’intégrer la DDM dans les eurocodes et les mettre à la disposition des concepteurs. Il nous faut approfondir nos recherches sur d’autres matériaux, afin d’assurer la cohérence de toutes les spécifications de conception européennes», explique Esther Real.

L’équipe s’attache désormais à élargir ses conseils pour une DDM sûre aux ouvrages en acier de construction ordinaire (non inoxydable), et étend le paradigme de conception fondé sur ce système aux structures autres que les cadres, comme les ponts.

Source: New Generation Design Methods for Stainless Steel Structures - Résultats de la recherche de l'UE.