Applications

CESAR-LCPC est un progiciel élément finis dédié à la résolution des problèmes de génie civil. Son interface graphique hautement interactive permet une modélisation intuitive et efficace de tous les modèles 2D et 3D. Son solveur en constante évolution et ses algorithmes de résolution très performants apportent une réelle valeur ajoutée aux ingénieurs pour une meilleure analyse d’un large éventail de projets dans le domaine du Génie Civil.

CESAR-LCPC 2D & 3D est un logiciel facile d’accès pour couvrir largement les projets courant en ingénierie géotechnique.
Les majors du BTP comme les cabinets d’ingénierie en Génie Civil ont choisi CESAR-LCPC pour ses capacités uniques en terme d’analyse des modèles géotechniques lors de constructions phasées, pour sa gestion des interactions sol-structure et la précision des calculs de stabilité des sols et des fondations.
L’interface conviviale guide l’utilisateur lors de la spécification des différentes phases de construction. Des phénomènes complexes peuvent ainsi être résolus avec CESAR-LCPC : comportement non-linéaire des sols, interaction sol-structure, conditions hydrogéologiques, dynamique...

CESAR-LCPC a été utilisé pour l’analyse de nombreux projets de tunnels et ouvrages souterrains (Tunnel du Groene Hart (NL), Métro du Caire, Tunnel sous la Manche, Galeries de stockages).
Il est réputé pour ses capacités de modélisation en Eléments Finis, depuis la simple section 2D (déformation plane ou axisymétrie) aux complexes intersections de galeries 3D, prenant en compte les modes de creusement (tranchée couverte, TBM, NATM…).
Pour l’analyse des ouvrages souterrains, CESAR-LCPC bénéficie en effet d’une gamme de fonctionnalités vaste et détaillée, permettant de modéliser les divers phénomènes rencontrés lors de l’analyse d’un projet : phasage de percement, pose du revêtement, effets à long-terme, chargements hydriques, chargements thermiques...
La méthode convergence-confinement est mise en œuvre de manière didactique dans un outil spécifique entière paramétré, C-TUNNEL, logiciel dédié à la modélisation de tunnels en phase d’avant-projet.

Comme tout logiciel de calcul aux Eléments Finis, CESAR est équipé de fonctionnalités standards pour l’analyse des structures : éléments de coques et de poutres, ressorts et autres liaisons, une gamme de types de chargements adaptés, des algorithmes de calcul dans les domaines statique et dynamique, …
Le partenariat entre le SETRA et l’IFSTTAR a conduit à une nouvelle version de CESAR-LCPC qui inclut de nouvelles fonctionnalités conçues spécialement pour s’adapter à la modélisation des structures du Génie Civil.
Par ailleurs, CESAR est conçu pour l’analyse du comportement des bétons. Des modules spécifiques, appelés TEXO & MEXO, ont été développés pour permettre l’analyse du comportement du béton au jeune âge. TEXO permet de calculer les champs de température et de degré d’hydratation, exprimant l’état de durcissement du matériau. Ces résultats sont ensuite utilisés dans le module MEXO pour déterminer les champs de déplacements et e contraintes, afin d’aboutir à la prédiction du risque de fissuration au jeune âge.


Fonctionnalités

Analyse élastoplastique

- CESAR intègre plusieurs algorithmes de calcul afin de garantir une résolution efficace et robuste des calculs en analyse non linéaire.
CESAR propose des lois de comportement simples ou plus complexes pour appréhender sols et roches, comprenant Mohr-Coulomb, Hoek-Brown et le Hardening Soil Model. L’utilisateur tirera également le plus grand bénéfice de la Boîte à Outils de lois de comportement, qui permet une modélisation affinée du comportement des sols.
D'autres matériaux comme le béton ou l'acier sont également inclus.

Hydrogéologie

CESAR traite l’analyse des écoulements en milieu poreux saturé ou non saturé. Les problèmes de diffusion sont étudiés en régime permanent ou transitoire.
Les résultats peuvent être importés dans des calculs mécaniques en contraintes totales ou effectives, menés sur le même modèle.

Calcul de facteurs de sécurité et C-Phi réduction

Les résultats d’un calcul aux Eléments Finis (Champs de contraintes, de déplacements) reflètent l’équilibre mécanique du modèle. Cependant, une analyse aux états limites ou en terme de facteur de sécurité est souvent demandée pour la conception des structures en géotechniques. CESAR inclut :

  • La méthode de réduction des paramètres de résistance, appelée “c-phi réduction”. Elle fournit un paramètre de sécurité contre l’instabilité du sol,
  • Une procédure d’analyse limite par pilotage des cas de charges. Elle fournit un coefficient de sécurité concernant la capacité portante du sol.

Consolidation

L’analyse en consolidation est utilisée pour simuler la façon dont la pression d’eau interstitielle évolue en fonction des modifications de chargements et de conditions aux limites.
Dans CESAR, cette analyse hydromécanique totalement couplée intègre des modèles de comportement non linéaires des matériaux. Ce processus fournit des résultats plus précis que la même analyse avec des matériaux élastiques ou un modèle de calcul découplé.

Thermique

L’analyse thermique est utile pour la simulation de plusieurs phénomènes en Génie Civil : feu dans les tunnels, élévation de température dans une structure de chaussée… CESAR permet de modéliser plusieurs types de conditions aux limites et transferts de chaleur.
Facilement couplés avec les algorithmes mécaniques, les gradients de température, résultats de l’analyse thermique, permettent une modélisation exacte des champs de contrainte induits.

Interaction sol-structure

Le processus dans lequel la réponse du sol influence le mouvement de la structure et inversement, est appelé Interaction sol-structure.
CESAR intègre une famille spécifique d’Eléments Finis pour une modélisation correcte de cette interaction sol-structure :

  • Poutres, barres, plaques, coques, ressorts, éléments de liaison… pour la modélisation de la structure.
  • Eléments de volume, raideurs ... pour la modélisation du sol.

D’autre part, des éléments de contact peuvent être associés aux interfaces entre poutres, coques et volumes afin de prendre correctement en compte les conditions de décollement, glissement ou frottement entre matériaux.

Dynamique

CESAR calcule, par intégration directe, la réponse d’une structure soumise à une sollicitation dynamique ; Il procède par une résolution pas-à-pas des équations d’équilibre dynamique.
Une autre méthode consiste à résoudre par superposition modale (la recherche des modes propres étant incluse). Deux types de problemes sont traités :

  • estimation de la réponse maximale par calcul spectral (superposition de type SRSS ou CQC),
  • calcul de la réponse complète du modèle.


Une base de données intégrée très large

Elasticité

  • Elasticité linéaire homogène isotrope
  • Elasticité linéaire homogène orthotrope
  • Elasticité linéaire isotrope avec E et φ variant linéairement en fonction de la profondeur
  • Elasticité linéaire isotrope avec E = f(zφ)
  • Elasticité non linéaire du Hardening Soil Model
  • Elasticité non linéaire de Cam-Clay
  • Elasticité non linéaire de Duncan
  • Elasticité non linéaire de Fahey-Carter


 

Critères de plasticité pour les sols

  • Mohr-Coulomb
  • Critère de Mohr Coulomb avec c et φ variant linéairement en fonction de la profondeur (c = f(z) ; φ= f(z))
  • Hardening Soil Model
  • Cam-Clay (modifié)
  • Drucker-Prager
  • Prévost–Hoëg
  • Hoek-Brown (1997)
  • Tresca
  • Critère orienté
  • HiSS (Shao & Desai)
  • S-Clay 1
  • Vermeer
  • Nova
  • Mélanie.


 

Critères de plasticité pour les autres matériaux

  • Von Mises
  • Critère parabolique
  • Hill-Lourenço
  • Willam Warnke

Lois de comportement Utilisateurs

Une boîte à outils de définition des lois de comportement a été conçue et intégrée dans le logiciel CESAR-LCPC, proposant des lois élastiques, des critères de plasticité et des lois d’écoulement. S’adaptant ainsi au contexte des projets et aux types de géomatériaux en jeu, elles apportent une réelle valeur ajoutée aux ingénieurs pour une meilleure analyse des travaux en géotechnique.

 

CESAR est équipé d’une large gamme d’outils de CAD pour que les utilisateurs retrouvent un environnement confortable et similaire à celui de leurs logiciels de conception usuels.

  • Cercles, lignes, splines, NURBS, blocs.
  • Imports : DXF, LANDXML, STEP.
  • Intersections : volume/volume, volume/surface, surface/surface, ligne/ligne.
  • Opérations : translation, rotation, symétrie, extrusion.

En outre, parce que certaines structures se prêtent à une définition paramétrique, nous intégrons des outils d’assistance pour la génération de modèles, depuis la géométrie (pour les tunnels par exemple), jusqu’à l’analyse des résultats. Nos outils sont basés sur des fichiers XML et des scripts PYTHON.

L’environnement de travail de CESAR a été conçu pour que l’utilisateur ait facilement une vue globale de l’état d’avancement de son modèle : géométrie, maillage, propriétés matériaux, conditions aux limites et cas de charge.

L’arborescence windows de l’étude représente le cœur du modèle. L’utilisateur voit ici d’un seul coup d’œil les analyses menées sur le modèle dans l’arborescence de calcul. Il peut également consulter les propriétés du modèle dans l’arborescence de données.

 

CESAR inclut un large éventail d’outils de maillage. Les algorithmes utilisés permettent de contrôler les zones de raffinement du maillage par la donnée de densités sur tous les segments :

  • Maillage sur régions surfaciques planes, de révolution ou de type coons ;
  • Maillage volumique de régions régulières en hexaèdres, pentaèdres ou tétraèdres ;
  • Maillage volumique automatique (Volumes définis par leurs surfaces externes et remplis en tétraèdres) ;

Il est possible d’extruder un maillage par translation, rotation ou symétrie.

Bibliothèque d’éléments finis

  • Eléments isoparamétriques de type déplacement :
  • Tétraèdres. hexaèdres, pentaèdres …
  • Eléments de poutres
  • Eléments de coques
  • Eléments de contact
  • Eléments de barres
  • Eléments de raideurs
  • Eléments spéciaux (transfert de chaleur, amortissement...)
  • Eléments isoparamétriques de type diffusion :
  • Eléments d’échange
  • Eléments isoparamétriques 2D avec 3 degrés de liberté par nœud (deux déplacements, charge hydraulique) pour les problèmes de consolidation
  • Eléments isoparamétriques 3D avec 5 degrés de liberté par nœud (trois déplacements, pression hydraulique et température) pour les problèmes thermo-poro-mécaniques en milieu poreux.

Films



CESAR v6
Fondation superficielle en bord de pente

Analyse du comportement d’une fondation influencé par le choix d’une loi de comportement.



CESAR v6
Boîtes à outils pour lois de comportement

Présentation de la mise en œuvre des lois de comportement standard ou définies par l’utilisateur.



CESAR v6
Travaux dans un talus

Workflow of CESAR new version 6.
Présentation de la séquence de travail avec CESAR-LCPC pour modéliser un projet d’excavation dans un talus.

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