Analyse de la pression dans l’environnement bâti – Validation de la mesure de l’intégrité structurelle

APPLICATION : ENVIRONNEMENT BÂTI ESSAIS EN SOUFFLERIE

L’application :

Dans le cadre du développement de bâtiments plus hauts et toujours plus complexes, un mélange de CFD (Computational Fluid Dynamics) et d’essais en soufflerie est utilisé pour s’assurer que les bâtiments sont structurellement sûrs, qu’ils ne risquent pas de causer d’inconfort ou d’être sensibles à la fatigue et à la défaillance. Souvent, les calculs théoriques ne sont pas représentatifs de la réalité, en particulier dans le cas d’une structure très complexe. Outre l’intégrité de la structure elle-même, il convient de prendre en compte les effets sur les bâtiments situés à proximité. Une étude initiale peut déterminer la nécessité d’utiliser un outil de simulation puissant, la soufflerie.

Lorsque des essais en soufflerie sont nécessaires, une maquette très détaillée (généralement au 1/200e ou au 1/400e, en fonction des contraintes de la soufflerie) est construite pour représenter la structure testée ainsi que les bâtiments et le paysage environnants. Ce modèle est construit dans un atelier de modélisme à partir de plans architecturaux détaillés, soit par l’assemblage de pièces en coupe, soit par l’impression en 3D de modèles, qui sont souvent montés sur une plate-forme rotative. Cette plateforme peut généralement être tournée sur 360° pour évaluer les actions directionnelles du vent qui seraient autrement difficiles à visualiser. Le modèle est installé dans la soufflerie et soumis à des essais prolongés sur une large gamme de directions et de vitesses de vent, souvent jusqu’à 60 m/s. Des données sont recueillies à de nombreux endroits du modèle afin d’identifier les zones qui nécessitent une analyse ou une évaluation plus poussée.

Le défi de la mesure :

Les modèles varient considérablement en termes de conception et de diversité et peuvent représenter un bâtiment, un pont, une cheminée, un stade, une plate-forme offshore ou une tour d’éolienne, lorsque des critères d’utilisation sont pris en compte. Ces modèles sont équipés de nombreuses prises de pression de moins de 1 mm qui permettent de mesurer avec précision la pression localisée sur, souvent, 300 à 500 points de mesure. Le modèle et la plate-forme reposent généralement sur une balance de force multidirectionnelle. Les données sont utilisées pour déterminer si la structure se comportera comme prévu dans un éventail de conditions de vent. Les essais peuvent être coûteux et prendre du temps, c’est pourquoi il est vital d’assurer une collecte efficace de données valides et de haute qualité – à chaque fois.

Des données précises et cohérentes provenant d’un dispositif de mesure éprouvé et fiable garantissent que les effets de mesure sont minimisés et que les données représentent réellement les effets du vent et de la turbulence sur une structure de taille normale.  L’analyse de la multitude de données recueillies permet de décider si la structure est acceptable ou si elle doit être modifiée, par exemple par l’ajout de sections aérodynamiques, de perturbateurs de tourbillons, d’amortisseurs ou d’autres dispositifs de ce type.

Les difficultés liées à la mesure d’un si grand nombre de pressions locales peuvent être résolues par l’utilisation de scanners de pression qui recueillent de grandes quantités de données synchrones très rapidement et avec précision, et les transfèrent à un système d’acquisition de données. Les scanners à mise à zéro automatique et les dispositifs de purge sont utilisés pour garantir que les données sont mesurées de manière cohérente et précise, avec un minimum de temps d’arrêt ou d’intervention. Souvent, les capteurs de pression sont régulièrement vérifiés, étalonnés et mis à zéro pour garantir la précision et la répétabilité des données de pression scannées in situ entre les points de test et les cadres de données. En général, plusieurs scanners de pression sont multiplexés pour recueillir les données de nombreux modèles et les contraintes d’espace peuvent s’avérer problématiques dans l’environnement de la soufflerie.

Utilisateurs types :

Les établissements de recherche gouvernementaux et universitaires qui possèdent et exploitent les souffleries. Ils sont généralement chargés de recueillir les données appropriées à présenter à l’équipe d’architectes des structures. Certains consultants en environnement bâti exploitent leurs propres souffleries et offrent à leurs clients un service de conseil complet et clé en main, en fournissant des données et des solutions.

LA SOLUTION

Scanner de pression compact et performant

• Capteur dédié pour chaque canal (jusqu’à 64 canaux)
• Capteurs de haute précision compensés en température
• Ethernet prêt pour le réseau pour une intégration rapide du système
• Collecte rapide des données jusqu’à 2500 échantillons/canal/seconde
• Correction dynamique du zéro pour une stabilité inégalée du capteur
• Compatibilité PTP IEEE1588-2008v2
• En-têtes amovibles pour une flexibilité d’installation
• Serveur web intégré
• Intégration simple de LabVIEW

Les scanners de pression Scanivalve MPS 4264 sont montés à l’intérieur de la maquette ou sous la plate-forme rotative pour collecter l’énorme quantité de données générées pendant les essais. Les sorties Ethernet et les alimentations électriques peuvent être multiplexées par des concentrateurs Scanivalve locaux, ce qui ajoute encore à la compacité de la solution. Un seul concentrateur gère les données synchrones en temps réel de plus de 500 mesures de pression en direct.

Dans cette application, il est souvent nécessaire de détecter des vitesses de vent très faibles, ce qui requiert des scanners avec des calibrations à très faible portée, combinées à une précision, une répétabilité et une sensibilité élevées. Le Scanivalve MPS peut être utilisé jusqu’à des plages de pleine échelle de 4″ H2O, d’autres plages personnalisées étant possibles pour s’adapter à toutes les applications.

Les débits de données Ethernet à grande vitesse, jusqu’à 2500Hz/canal, en « mode rapide », maximisent la quantité de données précieuses qui peuvent être collectées au cours d’un seul essai. Ces données sont collectées dans n’importe quelle unité d’ingénierie commune, ce qui permet aux ingénieurs d’essai de disposer de données significatives pour l’analyse. Le raccourcissement des essais permet à l’utilisateur de réaliser des économies considérables en termes de temps et de coûts.

Les collecteurs amovibles du scanner permettent de connecter facilement 64 tubes avant l’installation du scanner dans le tunnel, ce qui permet d’utiliser un seul scanner sur plusieurs modèles et d’éviter les temps d’arrêt inutiles pendant les périodes d’essai. Les collecteurs peuvent rester montés sur le modèle pour une utilisation ultérieure.

L’intégration du Scanivalve MPS est simple et rapide. Le serveur web intégré permet de configurer le scanner à partir d’un PC et de l’intégrer dans un progiciel LabVIEW, ce qui évite d’avoir recours à des convertisseurs de signaux séparés ou à des armoires de triage.

Lorsque de faibles nombres de canaux sont requis et que l’espace n’est pas un problème, les utilisateurs se tournent vers le Scanivalve DSA, où 16 canaux de données peuvent être mesurés et transférés de manière synchrone via Ethernet. Là encore, ces canaux peuvent être reliés en chaîne par Ethernet et horodatés, ce qui permet une synchronisation très précise des données provenant de nombreuses sources de mesure compatibles.

En plus d’une gamme polyvalente de scanners de pression haute performance, EvoMesure propose la plus large gamme d’accessoires, notamment des tubulures de pression, des tuyaux et des connecteurs qui permettent de mettre en service le modèle d’essai de manière très rapide et efficace.