Votre projet: Description du projet Expo.02 est une exposition nationale qui se tient actuellement en Suisse durant l'été 2002. Les expositions sont réparties sur 4 sites différents. A Neuchâtel, 3 structures appelées "galets" ont été construits sur le lac. Les galets sont des structures gonflables tendues sur un caisson métallique périphérique supporté par des piliers métalliques fondés sur des pieux. Le caisson de 1.8x2.4m repose sur 19 piliers ROR 470, espacés d'environ 10 m et contreventés par des croix métalliques. Vu en plan, le galet n°2 forme un "patatoïde" d'environ 70x55m Le "ballon" est formé de 2 membranes d'1mm d'épaisseur (type IV) à l'intérieur desquelles est soufflé de l'air à l'aide de ventilateurs. Ceux-ci maintiennent en temps normal une pression intérieure de 250 Pa. En cas de fort vent, la pression monte automatiquement à 400 Pa pour augmenter la rigidité et la résistance. Deux systèmes de sécurité empêchent la pression de monter au-delà de 550 Pa. Description du mandat BG Pendant la construction des expositions, le galet n°2 s'est déchiré et BG a été mandaté comme expert pour déterminer la cause du sinistre et suivre les travaux de réparation. Analyse des causes du sinistre Il a très vite été évident que la membrane inférieure s'était déchirée au contact avec la tête d'un échafaudage qui avait été installé sous le galet. Par contre, il est indiscutable que cet échafaudage fautif ne s'est pas déplacé vers la membrane. C'est donc la membrane qui s'est déplacée vers l'échafaudage. Plusieurs hypothèses se sont présentées: contact lors du gonflage automatique de 250 à 400 Pa effet Venturi du vent entre la membrane et un des pavillons d'exposition qui forment une sorte d'entonnoir problème électromécanique et sur gonflage important L'élément primordial de l'expertise était donc de voir: s'il y avait pu avoir contact entre la membrane et l'échafaudage à 400 Pa sinon, quelle pression intérieure est nécessaire pour établir ce contact, en fonction de la vitesse et de la direction du vent si un effet Venturi aurait pu attirer la membrane suffisamment vers l'échafaudage pour qu'il y ait contact quelle surpression était encore nécessaire, une fois le contact établi pour perforer la membrane. Pour répondre à ces questions, nous avons utilisé ESA-Prima Win avec succès. Utilisation de ESA-Prima Win Nous avons utilisé 2 sortes de modèles: un modèle de câbles non-linéaires pour déterminer la déformation globale en fonction de la pression un modèle de membranes pour déterminer la surpression de poinçonnement Modèle global Etant donné la géométrie "patatoïde" et le comportement anisotrope des membranes, celles-ci ont été modélisées selon un réseau de câbles de rigidité EA, orientés selon les fibres du matériau (chaîne et trame). La forme initiale des membranes a été calée sur les dimensions des plans de confection ainsi que sur les mesures initiales du géomètre. A partir de là, les déformations du ballon trouvées par calcul non-linéaire en grands déplacements. ESA-Prima Win s'est avéré très performant pour ce type de calcul complexe. Sur base de calculs avec différentes pressions intérieures et différentes conditions de vent, nous avons pu dresser le tableau suivant et en tirer l'évolution de la distance entre la membrane et l'échafaudage fautif. Ces résultats de calculs ont pu être confirmés par des mesures de niveaux sur place après réparation du galet. Il en ressort que pour le vent mesuré au moment du sinistre, la pression à l'intérieur du galet a du être supérieure à 1000 Pa pour qu'il y ait contact entre la membrane et l'échafaudage. Nous avons ensuite vérifié l'effet d'un Venturi sur la déformation en augmentant la pression au-dessus du bâtiment formant "entonnoir". Il en est ressorti qu'il n'est pas possible d'imaginer un Venturi créant le contact, car lors du contact, les dépressions nécessaires correspondent à des vitesses d'air trop élevées qui, de plus, créeraient une surpression en sens inverse qui éloigneraient la membrane de l'échafaudage. Ces résultats ont également été confirmés par des mesures sur place après réparation du galet. Modèle local Afin de déterminer la surpression nécessaire à perforer la membrane, une fois le contact établi, nous avons modélisé la membrane ainsi que le tube de l'échafaudage incliné selon son orientation réelle par rapport à la membrane. Un calcul non-linéaire nous a permis de déterminer qu'il fallait une surpression de 100 Pa pour perforer la membrane. La répartition des contraintes autour du tube de l'échafaudage ressemble parfaitement à la forme de la déchirure de la membrane observée sur place après le sinistre. Conclusions Etant donné l'aspect encore semi-confidentiel de l'expertise, nous n'entrerons pas en détail dans les conclusions des causes du sinistre, ce qui est de toute façon secondaire pour ce contest. En résumé, ESA-Prima Win s'est avéré très efficace pour cette expertise et nous a permis de prouver la cause du sinistre. Les résultats des divers calculs non-linéaires se sont ensuite révélés précis lorsque plus tard, nous avons eu l'occasion de les comparer avec des mesures sur place effectuées sur le galet réparé. Motivation of the jury Technical level of the design & the calculations: A combination of 2nd order membrane structure, nonlinear cables & "Tension only" elements. Further a reconstruction of the load case that damaged the structure. Originality and prestige: Large inflatable load carrying structure. Attractive & complete presentation: Clear and concise presentation with all info needed. A Concise report on a complicated technical problem. Optimal use of the functionalities: Correct & inventive use of the punching theory. 7 SCIA User Contest Catalog
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