1. Introduction#

Derrière le mot calcul de Génie Civil se cachent à la fois des calculs sur des structures aux dimensions et aux caractéristiques très variées (éprouvette, poutre, bâtiment,…) mais surtout des calculs dont la finalité ou les informations recherchées sont très différentes : dimensionnement d’une structure, prévision du vieillissement à long terme, étude du risque de fissuration, vérification de la tenue sismique d’une structure, réévaluation des marges. Charge au modélisateur de trouver le meilleur compromis entre la complexité, le coût de l’étude et la précision ou la représentativité des résultats recherchés, en choisissant correctement le type d’analyse, sa modélisation éléments finis et ses modèles de comportement, sachant qu’un grand choix est disponible dans Code_Aster.

1.1. Le type d’analyse à mener#

Le choix des opérateurs s’effectue en fonction du type de phénomène modélisé (thermique, hydrique, mécanique…) et du type d’information recherché (information locale ou globale, état stationnaire ou étude du transitoire,…), du type de chargement (statique, dynamique), des non-linéarités à modéliser (comportement, grandes déformations, chargement,…). Le choix doit être fait parmi les opérateurs suivants :

  • un calcul thermique linéaire (THER_LINEAIRE) [R5.02.01] pour estimer la température du béton dans les cas linéaires ;

  • un calcul de thermique non-linéaire (THER_NON_LINE [R5.02.02]), lorsque les propriétés ou les conditions aux limites ne sont pas linéaires, mais aussi pour modéliser la thermo-hydratation du béton ou l’évolution du séchage (sous l’effet du gradient hydrique);

  • un calcul statique linéaire (MECA_STATIQUE [U4.51.01]) dans les cas où l’on considère le béton élastique et en l’absence de toute non-linéarité ;

  • un calcul statique non-linéaire (STAT_NON_LINE, [R5.03.01]), dès lors que l’on veut prendre en compte des non-linéarités de comportement (fluage, endommagement,…) ou de chargement(précontrainte, contact,…) ;

  • un calcul thermo-mécanique, en chaînant un calcul thermique (linéaire ou non) résolu avec THER_LINEAIRE ou THER_NON_LINE et un calcul statique (linéaire ou non) résolu avec MECA_STATIQUE ou STAT_NON_LINE ;

  • un calcul couplé Thermo-Hydro-Mécanique type milieu poreux, accessible via STAT_NON_LINE, pour étudier notamment les échanges d’eau ou de gaz à travers une paroi en béton (cf. [R7.01.10] et [R7.01.11]) ;

  • un calcul de dynamique vibratoire avec l’opérateur DYNA_VIBRA [U4.53.03] qui peut être de type transitoire ou harmonique, sur base physique ou sur base modale, avec la possibilité de prendre en compte certaines non-linéarités localisées type choc ou frottement. L’opérateur DYNA_LINE [U4.53.05] est également disponible et permet de faire appel aux mêmes fonctionnalités que DYNA_VIBRA sans se préoccuper des étapes d’assemblage des matrices. De plus, avec DYNA_LINE, la construction d’une base pertinente de projection pour la résolution du problème sur base généralisée est automatiquement réalisée par l’opérateur à partir des informations renseignées.

  • un calcul type méthode spectrale par synthèse modale COMB_SISM_MODAL [R4.05.03], pour calculer la réponse dynamique à des mouvements imposés uniques ou multiples et dimensionner une structure ;

  • un calcul dynamique transitoire directe avec DYNA_NON_LINE [R5.05.05] si on veut modéliser des non-linéarités localisées type frottement ou des grands déplacements ou des comportements non-linéaires ;

  • un calcul d’écoulement de fluide dans une structure en béton fissurée (en 2D), avec MACR_ECREVISSE [U7.03.41].

Notons pour terminer, que Code_Aster permet de faire du calcul déterministe, mais que des procédures ont été mises en place pour permettre de faire assez facilement des calculs mécano-probabilistes (cf. [U2.08.05] ).

1.2. Le type de modélisation à utiliser#

Il est possible d’utiliser:

  • des éléments volumiques 3D [R3.01.00] ou surfaciques 2D, quand cela est possible, en ayant recours à des hypothèses simplificatrices telles que déformations planes, contraintes planes ou axisymétrie ;

  • des éléments de type plaque (mince pour les DKT, DST,Q4G [R3.07.03] ou épaisse pour les Q4GG [R3.07.09]), de type membranaire (GRILLE_MEMBRANE, GRILLE_EXCENTREE, MEMBRANE, [R3.08.07]) ou de coques volumiques (COQUE_3D [R3.07.04],…

  • des éléments linéiques à l’aide d’élément poutre droite de type Euler (POU_D_E) , ou des poutres de type Timoshenko, droite (POU_D_T) (cf. [R3.08.01]), des poutres multifibres en petits ou en grands déplacements (POU_D_EM [R3.08.08], POU_D_TGM [R3.08.09]).

Ces modélisations peuvent bien sûr être utilisées seules ou être combinées.

Pour aider l’utilisateur à faire son choix (notamment en ce qui concerne l’utilisation des éléments de structures), le lecteur pourra se reporter au document [U2.02.01] ou au document [U2.06.10]. Par ailleurs, le chapitre Modélisations possibles pour les calculs mécaniques (statiques ou dynamiques) de ce document, détaille comment représenter les armatures et les câbles de précontrainte, selon le choix fait pour représenter le béton.

1.3. La loi de comportement#

Celle-ci est à choisir en fonction des phénomènes qu’il est nécessaire de prendre en compte, en ayant conscience de leurs limites, de la difficulté d’identifier des paramètres matériaux réalistes lorsqu’on commence à chercher à obtenir des informations très fines, de la robustesse de la loi et des impacts en termes de temps de calcul,… Les caractéristiques des principales lois disponibles sont résumées dans ce document pour faciliter le choix de l’utilisateur.

Les chapitres suivants ont pour but de lister les principaux choix possibles notamment en termes de modélisation et de lois de comportement, ainsi que les combinaisons, afin de faciliter le choix.