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Axe 2 - Conception hybride et multi-échelles des ouvrages

Thème 2.1 - Conception écoresponsable

Ce thème est intégré dans chacune des activités de l'Axe 2. Il intervient à toutes les étapes de la vie des ouvrages: choix des bétons, concepts structuraux, intégration des méthodes de construction, sélection des matériaux de réparation, prévision des méthodes de déconstruction et réutilisation ou recyclage des matériaux (E3 et E4). Le confinement du béton détérioré et réactif de structures existantes par des gainages en bétons renforcés de fibres (BRF, BFUP) ou polymères renforcés (PRF) permettra une meilleure utilisation des ressources naturelles et contribuera au recyclage d'ouvrages démolis sans affecter la qualité et la sécurité de certains ouvrages. L'utilisation d'éléments préfabriqués légers pour la construction accélérée des ponts et bâtiments, particulièrement en milieux urbains, nécessite des changements dans les normes et pratiques qui requièrent souvent l'utilisation de matériaux plus performants, ce qui à terme conduit à une réduction de l'impact environnemental (E5).

Thème 2.2 - Conception multi-échelles des matériaux par optimisation de leurs propriétés micromécaniques

Ce thème est à la frontière des Axes 1 et 2. L'optimisation des propriétés macroscopiques structurales et de la durabilité des nouveaux composites cimentaires est accomplie à l'aide d'une approche multi-échelles qui établit un lien fonctionnel entre des paramètres de leur microstructure et les performances macroscopiques (résistance à la compression et à la traction, module élastique, fluage). La décodification de la microstructure des composites cimentaires est la clé pour bâtir une approche d'optimisation. Les nouvelles techniques développées couplent la nanomécanique et la spectroscopie et permettent la détection des phases microstructurales et le couplage des propriétés micromécaniques. Ces techniques à l'échelle micrométrique permettent de caractériser le fluage propre et les propriétés élastiques des bétons. Cette approche de conception permettra l'optimisation des caractéristiques micromécaniques en fonction des performances macroscopiques attendues des éléments en béton (E4).

Thème 2.3 - Développement d'outils de conception

La pénétration d'agents nuisibles dans le béton, l'initiation et l'ouverture des fissures et l'interaction entre les matériaux de réparation et les matériaux d'origine ne sont quelques exemples de données essentielles requises dans un contexte de conception écoresponsable (E1, E3, E4). Des outils numériques sont développés et validés expérimentalement pour en permettre la prédiction dans l'exercice complexe d'évaluation de la durée de vie des bétons, sur la base de leur composition chimique et des conditions d'utilisation anticipées, afin de faire les choix quant aux caractéristiques de durabilité nécessaires. D'autres outils permettent de prédire le comportement mécanique et structural des ouvrages en service et à l'ultime, en intégrant les interactions entre les différents matériaux et composantes à différentes échelles structurales. Pour en assurer la fiabilité, on doit considérer les comportements mécaniques et thermiques non linéaires des diverses composantes.

Thème 2.4 - Développement d'éléments structuraux innovants

La construction et la réparation des ouvrages en béton utilisent de plus en plus d'éléments structuraux dont les caractéristiques géométriques, mécaniques, esthétiques et de durabilité doivent satisfaire des objectifs de performances très spécifiques. Les éléments structuraux en BRF & en BFUP offrent des solutions innovantes pour mieux répondre à des contraintes de poids, de géométries complexes, d'assemblage sur site et architecturales (E4). Les recherches visent à exploiter des BRF & BFUP optimisés (ouvrabilité, ductilité, stabilité volumique, coût abordable) pour produire des éléments structuraux innovants. Un système hybride actuellement à l'étude consiste en du béton armé mis en place dans des tubes en PRF servant de moules permanents et dont l'action de confinement permet de d'anticiper une capacité structurale et une ductilité trois fois supérieures à celles d'éléments en béton armé (E5). Des systèmes de planchers hybrides béton-bois légers et ductiles sont également à l'étude.

Thème 2.5 - Construction préfabriquée et modulaire

Ce thème porte sur le développement de structures préfabriquées modulaires visant à minimiser l'impact des travaux sur les usagers et les résidents, assurer une qualité de fabrication supérieure et réduire la consommation de matériaux (E1). Les travaux visent en amont à améliorer notre compréhension des mécanismes de rupture propres aux structures préfabriquées et modulaires, où les connexions sont très sollicitées (concentration d'efforts nécessitant une grande réserve de ductilité). L'un des objectifs de fond est l'usage croissant d'éléments structuraux innovants décrits au Thème 2.4. Les travaux incluent la caractérisation expérimentale d'éléments structuraux variés de taille réelle pour l'érection de bâtiments, ouvrages d'art et autres constructions d'avant-garde, en y intégrant des caractéristiques très avancées (ex.: services électro-mécaniques) requérant un exercice de conception résolument multidisciplinaire (architecture, ingénierie civil, mécanique, électrique, BIM) (E1, E4).