Modélisation numérique de la fissuration du béton à partir d'une approche probabiliste PDF Download
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Le but de ce travail est d'élaborer une modélisation numérique de la fissuration du béton en tenant compte de l'heterogeneite du matériau. On modélise de manière explicite cette heterogeneite vis-à-vis de la constitution et de l'apparition des fissures par des valeurs aléatoires, et décrit les micro- et macro fissures comme des discontinuités cinématiques. On aboutit a une modélisation, que l'on espère, objective donnant des résultats qui soient peu dépendant du maillage adopte. Ce modèle nous permet de décrire plus pertinemment le processus de fissuration du béton et de donner des informations précises concernant l'ouverture et la position des fissures, ce qui intéresse les ingénieurs du génie civil pour faire un diagnostic de l'état de l'ouvrage endommage. Les résultats numériques obtenus couvrent le domaine des structures en béton, béton arme et béton de fibres. Une grande série d'essais de traction directe a été réalisée sur trois types de bétons pour déterminer les fonctions de distribution de la résistance à la traction et du module d'young en fonction du volume de matériau. Cette étude nous a permis de proposer des expressions analytiques assez générales qui tentent d'accéder aux fonctions de distribution des résistances à la traction, a partir de la résistance en compression, pour n'importe quel type de béton
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Le but de ce travail est d'élaborer une modélisation numérique de la fissuration du béton en tenant compte de l'heterogeneite du matériau. On modélise de manière explicite cette heterogeneite vis-à-vis de la constitution et de l'apparition des fissures par des valeurs aléatoires, et décrit les micro- et macro fissures comme des discontinuités cinématiques. On aboutit a une modélisation, que l'on espère, objective donnant des résultats qui soient peu dépendant du maillage adopte. Ce modèle nous permet de décrire plus pertinemment le processus de fissuration du béton et de donner des informations précises concernant l'ouverture et la position des fissures, ce qui intéresse les ingénieurs du génie civil pour faire un diagnostic de l'état de l'ouvrage endommage. Les résultats numériques obtenus couvrent le domaine des structures en béton, béton arme et béton de fibres. Une grande série d'essais de traction directe a été réalisée sur trois types de bétons pour déterminer les fonctions de distribution de la résistance à la traction et du module d'young en fonction du volume de matériau. Cette étude nous a permis de proposer des expressions analytiques assez générales qui tentent d'accéder aux fonctions de distribution des résistances à la traction, a partir de la résistance en compression, pour n'importe quel type de béton
Author: Giuseppe Rastiello Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Une structure en béton doit assurer des fonctions structurales qui vont au delà de la simple résistance. Dans ce cadre, la fissuration du béton armé joue un rôle primordial sur la durabilité, l'étanchéité et même la sûreté des structures. La structure poreuse du béton rend naturellement possible la pénétration au cours du temps d'espèces délétères. En outre, sous l'effet des chargements mécaniques et des conditions environnementales au sens large, le béton se fissure. Les fissures constituent, elles aussi, des voies préférentielles pour la pénétration de fluides ou d'agents agressifs et ajoutent de manière significative leur contribution à la dégradation des performances structurelles. Dans la thèse une stratégie de modélisation macroscopique probabiliste du couplage entre fissuration et transferts de fluides dans les structures en béton est présentée. Le béton est modélisé comme un milieu poreux saturé d'eau tandis que la fissuration (mécanique) est modélisée au travers d'une approche numérique probabiliste tenant compte de l'hétérogénéité naturelle du matériau et des effets d'échelle qu'elle induit. L'hypothèse physique de base du modèle de fissuration est que chaque élément fini peut être considéré comme représentatif d'un volume de matière hétérogène dont le comportement est géré par son degré d'hétérogénéité, défini comme le rapport entre le volume élémentaire et un volume représentatif de l'hétérogénéité du matériau. Dans la formulation développée, les propriétés mécaniques du matériau sont considérées comme des variables aléatoires (non corrélés) distribuées dans les éléments du maillage selon des distributions statistiques validées expérimentalement. Une approche par analyse inverse permet d'accéder aux paramètres de fonctions de distribution qui, selon les hypothèses du modèle, varient en fonction de la dimension des éléments finis. Le couplage fissuration-transfert est traité de manière faible, sous l'hypothèse d'absence d'interaction entre les deux processus (à savoir que la fissuration de l'élément fini, d'origine mécanique, induit une variation locale de sa perméabilité). L'utilisation d'une loi de Poiseuille modifiée et adaptée expérimentalement selon un protocole développé dans le cadre de la thèse permet de mettre en relation une telle variation avec l'ouverture de fissure et de prendre en compte, de manière macroscopique, les principales causes d'écart entre l'écoulement idéalisé, représenté par la loi de Pouiselle, et l'écoulement dans des fissures réelles. Une approche de type Monte-Carlo permet de valider les résultats des simulations mécaniques et hydriques. Les capacités de la stratégie de modélisation proposée en termes de prédiction des débits d'eau en milieu fissuré sont explorées au travers de la simulation d'essais de perméabilité sous charge sur des éprouvettes cylindriques soumises à du fendage. Ces essais sont utilisés dans le cadre du protocole expérimentale. Une première validation à l'échelle d'un élément structurel multifissuré est presentée. Elle consiste en la simulation d'un essai (récemment proposé dans la littérature) developpé pour l'étude de l'impact de la fissuration sur les propriétés de transfert de tirants en béton armé
Author: David Bouhjiti (El Mahdi) Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Cette thèse porte sur le vieillissement des grands ouvrages en béton armé et précontraint dotés d'une fonction de confinement comme les bâtiments réacteurs des centrales nucléaires. Elle vise en particulier l'analyse probabiliste de l'évolution de leurs états de fissuration et de perméabilité dans le temps sous chargements Thermo-Hydro-Mécaniques (THM) simultanés et variables. L'étanchéité de telles structures est due à la faible perméabilité du béton mais reste conditionnée surtout par la maîtrise de la fissuration. Or, l'évolution de la perméabilité, l'apparition des fissures et leur propagation dépendent fortement de plusieurs aléas (les conditions de mise en œuvre, la variabilité spatio-temporelle des propriétés du béton et des chargements THM subis par la structure, etc.). Ainsi, la prise en compte de ces aléas dans les modèles numériques de vieillissement est une nécessité afin de permettre une meilleure évaluation de la performance de la structure dans son état présent et, surtout, permettre une prévision plus précise et plus fiable de son état futur. Pour y parvenir, cette thèse propose une stratégie globale de modélisation stochastique Thermo-Hydro-Mécanique avec post-traitement de la Fuite (THM-F), à l'échelle de Volumes Structurels Représentatifs, adaptée à la complexité du problème traité, au nombre important de paramètres THM-F intervenant dans les calculs et à son coût numérique. En particulier, les points suivants sont traités :(a) Modélisation du vieillissement tenant compte des effets de jeune âge : La modélisation des phénomènes de vieillissement est basée sur un modèle THM-F chaîné. En particulier, la modélisation proposée de la fissuration repose sur le couplage des lois d'échelle énergétique et des champs aléatoires autocorrélés selon une formulation locale, régularisée et vieillissante de l'endommagement. Cela permet une meilleure évaluation du risque de fissuration tant d'un point de vue qualitatif que quantitatif. Par conséquent, la prévision de l'étanchéité est aussi améliorée.(b) Identification des paramètres THM-F les plus influents : En appliquant une méthode d'analyse de sensibilité de type OFAT (One-Factor-At-a-Time) au modèle THM-F retenu, l'effet de la variabilité des différents paramètres en entrée sur la réponse numérique est quantifié. Cela permet de hiérarchiser les effets et de classifier les paramètres selon leur importance vis-à-vis du vieillissement (particulièrement en termes de fissuration et d'étanchéité).(c) Analyse de la propagation d'incertitudes THM-F : Des méthodes basées sur les surfaces de réponse (plans d'expérience adaptatifs, chaos polynomiaux) sont proposées pour construire des méta-modèles THM-F et analyser la propagation d'incertitudes moyennant un coût et une précision raisonnables. Étant donné la nature explicite des méta-modèles, la méthode de Monte Carlo est directement appliquée pour accéder à des fonctions de répartition, des indicateurs de sensibilité globaux et des analyses de fiabilité.L'applicabilité du modèle stochastique THM-F proposé aux grands ouvrages de confinement en béton armé et précontraint est évaluée en se basant sur la maquette VeRCoRs (enceinte de confinement à l'échelle 1 :3) selon des critères de représentativité physique du comportement et des mesures d'incertitudes simulés et de coût numérique.
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Le béton est un des matériaux de construction les plus répandus dans le monde. Cependant, dans de nombreux secteurs industriels, il est de plus en plus courant d'étudier les marges de sécurité d'un ouvrage vis à vis de sollicitations. Il devient important de prédire le mode de ruine de l'ouvrage. De nombreux travaux ont déjà été réalisés dans le monde sur ce sujet, conduisant à des modèles opérationnels dans des codes de calcul par éléments finis. Néanmoins, des difficultés subsistent, liées principalement à la fissuration du béton. Ces difficultés se traduisent par des problèmes ouverts concernant la localisation, l'initiation et la propagation des fissures. Le travail de thèse explore deux possibilités d'amélioration des méthodes de simulation numérique de propagation des fissures. La première possibilité d'amélioration concerne l'utilisation de la méthode des éléments finis étendus, XFEM (eXtended Finite Element Method). Une modélisation du comportement mécanique de fissure est introduite et conduit à une description de la propagation de fissure d'un élément à un autre. La deuxième possibilité est basée sur la mécanique de l'endommagement. Dans le cadre de la modélisation de l'endommagement de type standard généralisé, le phénomène de localisation a été étudié numériquement pour des comportements divers : endommagement visqueux ou fragile. Ces comportements sont décrits dans le même esprit que les lois de la visco-élasticité ou de la visco-plasticité ou de la plasticité classiques, à partir d'une interprétation thermodynamique générale. En particulier, les lois à gradient de l'endommagement sont aussi considérées en liaison avec des résultats récents de la littérature. Il est bien connu qu'un modèle à gradient permet d'interpréter les effets d'échelle des structures sous chargement mécanique. Il joue aussi un rôle intéressant dans les effets de localisation de la déformation
Author: Thanh Song Phan Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Depuis plusieurs années, la société MATIERE développe un nouveau type de renforcement des structures en béton reposant sur l'utilisation d'aciers plats crantés en substitution des aciers ronds à haute adhérence habituellement utilisés. Ce travail entre dans le cadre du programme de Recherche - Développement des techniques couvertes par les brevets de M. Marcel MATIERE. L'intérêt de ces nouveaux aciers plats crantés réside principalement dans leur géométrie qui permet d'envisager de nouvelles dispositions constructives associées à un gain sur l'épaisseur de béton, notamment au niveau de l'enrobage. Ces aciers sont principalement destinés aux éléments de type dalle ou aux voiles minces où ils permettront de réaliser les économies de béton les plus significatives. Cependant, aucune norme ou règlement ne prend en compte, à ce jour, ces nouveaux aciers. Une étude scientifique validée, principalement basée sur la modélisation numérique, s'est avérée nécessaire pour d'une part modéliser et comprendre l'interaction entre l'acier plat et le béton et, d'autre part, pour justifier que les méthodes de calcul traditionnelles restent applicables à ce genre de renforcement. Dans le cadre de la problématique de la fissuration, une stratégie de modélisation reposant sur une approche probabiliste multi-échelles a été développée. Cette approche multi-échelles ne consiste pas à développer une modélisation qui inclut, dans son formalisme, toutes les échelles, depuis l'échelle très locale jusqu'à l'échelle globale (une structure complète), mais à développer une panoplie de modélisations qui apportent des informations pertinences à l'échelle d'analyse choisie. Quelle que soit l'échelle considérée, la modélisation est succeptible de donner des informations sur l'ouverture et l'espacement de fissures. L'aspect probabiliste est essentiellement lié à l'hétérogénéité du matériau béton. Les modèles développés permettent aussi de tenir compte des effets d'échelle, propres aux matériaux hétérogènes, qui jouent un rôle prépondérant dans le comportement des structures en béton. Le travail de recherche a donc consisté à développer des outils de modélisation du comportement d'interface en parfaite cohérence avec l'échelle de modélisation des phénomènes envisagés, notamment au regard des processus de fissuration des structures renforcées par aciers plats. La démarche scientifique s'est appuyée sur une identification des paramètres de la modélisation par analyse inverse effectuée sur la base de résultats d'essais expérimentaux réalisés sur de grands tirants en béton armé par aciers plats. Les outils de modélisation ont ensuite été validés sur des modélisations du comportement en flexion de poutres-dalles de grandes dimensions comparées à des résultats d'essais expérimentaux. L'ensemble des essais expérimentaux, nécessaires à cette étude, ont été réalisés par Polytech' Clermont à la demande de l'entreprise MATIERE.
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L'intérêt grandissant des chercheurs et de l'industrie démontre l'énorme potentiel que les bétons renforcés de fibres (BRF) peuvent procurer aux ouvrages de béton armé. Afin de répondre aux enjeux modernes que pose la durabilité, il est nécessaire de maîtriser et d'anticiper les problèmes de fissuration. Ce projet de thèse a pour objectif d'identifier les mécanismes conduisant à la propagation de la fissuration sous charge soutenue, et de modéliser ces mécanismes par la méthode des éléments finis. Pour ce faire, trois programmes expérimentaux en plus des essais de caractérisation furent conduits sur des éprouvettes de différentes tailles en BRF : des poutrelles de 0.7 mètres ; quatre poutres de 4 mètres, une renforcée de fibres uniquement, une renforcée de barres d'armature traditionnelle, une de torons adhérents, et une de torons non-adhérents ; et enfin une poutre de 8 mètres. Les résultats permettent de comparer l'évolution du comportement global (flèche, complaisance, etc.) et du comportement local (ouvertures de fissures, nombre de fissures, etc.) pour trois grandeurs de poutres, et pour des conditions de renforcement différentes. Les résultats des essais sur les poutrelles montrent que la propagation de la fissuration gouverne la rupture des poutres en BRF soumises à des niveaux élevés de charge maintenue constante. Et qu'il existe une relation exponentielle entre les vitesses secondaires de flèche et d'ouverture de fissure et les niveaux élevés de charge maintenue constante. Les résultats des essais sur les poutres de 4 mètres montrent que le mécanisme moteur de la propagation de la fissuration des BRF sous charge soutenue conduisant à l'augmentation de la complaisance, et donc de l'évolution de l'endommagement global, est le même pour toutes les poutres, indépendamment du type de renforcement. De plus, la contribution de l'armature influence les vitesses secondaires de flèche une fois que l'efficacité du pontage des fibres diminue. La vitesse secondaire de flèche tend à diminuer lorsque la contribution du renforcement augmente. Finalement, la prédiction de l'évolution de la fissuration dans le temps dans le but d'accroître la durée de vie des structures est une perspective avantageuse et prometteuse que seuls les modèles numériques cohérents avec les mécanismes de fissuration des bétons peuvent offrir. À cet effet, un modèle numérique est proposé pour l'analyse de l'évolution de la fissuration des BRF sous charge soutenue à de hauts niveaux de chargement. Ce modèle est basé sur une approche probabiliste de la fissuration. Il a pour particularité de prendre en compte le rôle de l'hétérogénéité du matériau dans les processus de fissuration et notamment sur leur caractère aléatoire. La capacité du modèle numérique à prédire le comportement global et l'évolution de la fissuration est vérifiée à l'aide des résultats expérimentaux. Les résultats montrent que l'approche proposée est une des approches possibles pour simuler la propagation de la fissuration des BRF sous des niveaux élevés de chargement soutenu.
Author: Ahmed Toumi Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 169
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CE TRAVAIL, COUPLANT UNE PARTIE EXPERIMENTALE ET UNE PARTIE NUMERIQUE EST CENTRE SUR L'ETUDE DE LA PROPAGATION DE FISSURES DE FATIGUE DANS LE BETON. LA PARTIE EXPERIMENTALE S'INTERESSE A L'ETUDE DU PROCESSUS DE DEVELOPPEMENT DE FISSURES D'UN POINT DE VUE PHENOMENOLOGIQUE, TANDIS QUE L'ETUDE NUMERIQUE S'ATTACHE A MODELISER LE COMPORTEMENT REEL DES EPROUVETTES EN TENANT COMPTE DES PRINCIPAUX MECANISMES OBSERVES. L'ETUDE EST EFFECTUEE SUR DES EPROUVETTES DE MICRO-BETON, ENCOCHEES ET TESTEES EN MODE I DE RUPTURE PAR FLEXION TROIS POINTS. LES ESSAIS SONT CONDUITS SOUS ATMOSPHERE SATUREE, ET L'OBSERVATION DU PROCESSUS DE PROPAGATION EST REALISEE AU MICROSCOPE ELECTRONIQUE A BALAYAGE (MEB), MOYENNANT LA TECHNIQUE DE SIMPLE REPLIQUE. LES RESULTATS D'OBSERVATIONS MICROSCOPIQUES MONTRENT QUE, SOUS CHARGEMENT STATIQUE, L'AMORCE D'UNE FISSURE UNIQUE SE PRODUIT A UN SEUIL D'ENVIRON 60% DU PIC DE CHARGE. LES RESULTATS D'OBSERVATIONS MONTRENT QUE LES MECANISMES DE PROPAGATION DES FISSURES DE FATIGUE, SIMILAIRES EN SURFACE ET AU CUR DES ECHANTILLONS, SE CARACTERISENT ESSENTIELLEMENT PAR DES PHENOMENES DE BRANCHEMENTS. CONTRAIREMENT AUX ESSAIS STATIQUES, LE FRONT DE FISSURE EST PLAT DES LES PREMIERS CYCLES. LES BRANCHEMENTS SE SONT REVELES ETRE LE RESULTAT DE LA FORTE INTERACTION ENTRE LES SURFACES DE FRACTURE. LES LONGUEURS DE FISSURES EVALUEES PAR LA METHODE DE LA COMPLIANCE SONT EN EFFET TRES SOUS ESTIMEES EN COMPARAISON AVEC LES LONGUEURS MESUREES. LA CINETIQUE DE PROPAGATION EST CONFRONTEE AU MODELE DE PARIS. LES RESULTATS MONTRENT QUE LA VALIDITE DE CE MODELE EST ETROITEMENT LIEE AU TAUX DE CHARGE MAXIMAL DES CYCLES. LA MODELISATION NUMERIQUE PROPOSEE PAR ELEMENTS FINIS EST DE TYPE ELASTIQUE AVEC FISSURE COHESIVE, OU UN CRITERE EN CONTRAINTES DETERMINE LE CRITERE DE PROPAGATION. LA LOI DE COMPORTEMENT EN TRACTION INTRODUITE S'APPUIE D'UNE PART SUR LA RESISTANCE EN TRACTION ET L'ENERGIE DE FISSURATION MESUREES, ET D'AUTRE PART SUR LA LOI D'HYSTERESIS DETERMINEE PAR METHODE INVERSE. LE MODELE EST VALIDE SUR LES ESSAIS DE FLEXION STATIQUES ET CYCLIQUES.
Author: Daniela Vo Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 238
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Les réactions de gonflement interne (RGI) telles que la réaction alcali-granulat (RAG) ou la réaction sulfatique interne (RSI) sont des pathologies sévères du béton. Elles induisent la création d'un produit de nature expansive dans la porosité du béton. L'expansion, induite par le développement d'une pression de gonflement interne, peut mener à d'importants endommagements du béton, pouvant remettre en cause la stabilité des structures atteintes. L'évaluation de l'état de telles structures constitue donc une réelle nécessité pour les personnes en charge de la gestion de ces ouvrages. La modélisation numérique permet de répondre de manière adaptée à une telle nécessité. Afin d'obtenir des motifs de fissuration corrects et cohérents, les modélisations de structures armées différencient généralement le maillage du béton et celui des armatures. Néanmoins pour les ouvrages de type massifs, et du fait de leur forte densité de ferraillage, cette différenciation peut induire d'importantes complexités numériques (définition du maillage, temps de calcul important à cause du nombre important d'éléments finis, concentrations de contraintes...). Afin de limiter ces biais numériques liés au maillage des armatures, l'utilisation de modèles de béton armé dit homogénéisés peut être préconisée. Dans ces types d'approches, les armatures ne sont plus différenciées du béton et le matériau est considéré dans son ensemble comme un matériau homogène de béton armé. Dans ces travaux, et afin de considérer les RGI, un modèle de béton armé homogénéisé est utilisé et est couplé avec un modèle poromécanique. Ainsi, le premier but de cette étude est de s'assurer de la compatibilité et de la stabilité des hypothèses de ces modèles afin de valider leurs usages dans le cadre de recalcul d'ouvrages endommagés. Le modèle et ses évolutions sont présentés et discutés avant d'être validés sur des structures de laboratoire. Cette approche a notamment permis de retrouver l'anisotropie induite par différents ratios d'armature, au niveau du gonflement ainsi que des endommagements obtenus sur des éprouvettes plus ou moins armées. De plus, la stabilité du modèle vis-à-vis des éléments finis a été étudié et validée sur des poutres de laboratoire. A la suite de ce processus de validation, le modèle a été appliqué sur un ouvrage massif. La méthodologie d'étude pour un tel usage a été définie et a permis de reproduire de manière satisfaisante les déplacements relevés sur l'ouvrage.
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La connaissance du comportement différé du béton soumis aux charges élevées est nécessaire pour prévoir la durée de vie des structures à long terme. En particulier dans le cas des ouvrages d'art, cette connaissance est primordiale pour prédire les flèches, l'ouverture de fissure, la redistribution des contraintes dans les structures hyperstatiques et les pertes de précontrainte dans des structures en béton précontraint. Par ailleurs, la prédiction de l'évolution de la fissuration dans le temps, dans le but d'estimer la durée de vie des structures, est une perspective avantageuse et prometteuse que seuls les modèles numériques pertinents au regard des mécanismes de fissuration du béton peuvent offrir. L'objectif de ce travail, pour premier temps, s'intéresse aux mécanismes de fluage non linéaire dans le béton, puis développer un modèle numérique permettant de simuler le fluage tertiaire qui est supposé être à l'origine de l'interaction entre humidité relative et la microfissuration afin de prédire la flèche et l'ouverture de fissure et, a fortiori, la durée de vie. Ce modèle a été développé dans le code aux éléments finis OOFEM, se basant sur le modèle de réseau (lattice model). Pour ce faire, trois programmes ont été mis en route. Le premier consiste à valider le problème de couplage hydro-mécanique en étudiant l'évolution de la perméabilité du béton lors de la traction d'une barre d'armature. La deuxième vise à développer et implémenter les équations non linéaires de transfert de l'humidité relative couplées avec l'endommagement pour prévoir l'ouverture de fissure des poutres préfissurées en flexion quatre points soumis à une charge maintenue élevée. Finalement, le programme expérimental a été réalisé sur des poutres entaillées en flexion quatre points pour valider le modèle proposé, en utilisant la technique de corrélation d'images. Les effets de l'hétérogénéité et le rapport Eau / Ciment (E/C) ont été considérés lors de l'évolution de l'ouverture de fissure. Les résultats montrent que le modèle proposé est capable de simuler l'ouverture de fissure dans le temps des bétons renforcés de fibres (BRF) sous des charges maintenues élevées.
Author: Wu Xuefeng
Author: Wu Xuefeng
Author: Giuseppe Rastiello
Author: David Bouhjiti (El Mahdi)
Author: Truong-Giang Nguyen
Author: Thanh Song Phan
Author: Dominic Daviau-Desnoyers
Author: Ahmed Toumi
Author: Daniela Vo
Author: Duc Tho Pham
Author: R. Baus