Etudes expérimentales et numériques des matériaux cimentaires sous sollicitations hydro-mécaniques

Résumé : Les matériaux cimentaires sont les plus utilisés dans les ouvrages du génie civil. Que ce soit dans les domaines de l'habitation, des transports ou bien encore de l'énergie, ils sont utilisés massivement et doivent faire face à un environnement varié et parfois agressif. Le béton, particulièrement lorsqu'il est armé, est un matériau qui de part son fonctionnement est amené à fissurer. Outre l'aspect visuel qui peut attirer l'attention des utilisateurs, la fissuration impacte, en premier lieu la résistance mécanique mais aussi la durabilité de l'ouvrage. Une meilleure caractérisation de cette fissuration (quantité, trajet, tortuosité) est donc un enjeu majeur. Pour répondre à cette problématique, il est nécessaire de prédire le comportement à long terme des ouvrages. Néanmoins, cette tâche reste ardue. La grande hétérogénéité du matériau combinée aux sollicitations multiples (thermique, chimique, hydrique, mécanique) rend l'œuvre complexe. Si on s'intéresse plus spécifiquement aux sollicitations hydriques, on constate que toute structure tend à s'équilibrer avec son milieu ambiant entraînant un phénomène de dessiccation. L'objectif de ce travail de thèse est de prendre en compte les effets de cette dessiccation dans la détermination des propriétés mécaniques et du comportement macroscopique des ouvrages en béton (à l'échelle de l'échantillon de laboratoire) afin de mettre en place un cadre de modélisation éléments finis prédictif prenant en compte la dessiccation et les phénomènes associés. Conventionnellement, lorsque les propriétés mécaniques du béton sont caractérisées, les contraintes internes ne sont pas considérées et les phénomènes de dessiccation ne sont pas pris en compte. Néanmoins, le gradient hydrique entre la surface et le cœur d'une structure en béton peut mener à un état de contrainte hétérogène et engendrer une micro-fissuration conséquente. Dans certains cas (durabilité, étanchéité), ce phénomène peut-être d'une importance majeure. Bien qu'il semble remarquable, l'impact du séchage et de la micro-fissuration sur les propriétés mécaniques n'est que peu étudié. De plus, les résultats obtenus sont parfois contradictoires ce qui ne permet pas de dégager de consensus. Il est notable que dans la description du phénomène, trois facteurs prépondérants peuvent être dégagés. L'un d'eux, la pression capillaire, améliore la résistance du matériau et les deux autres, le gradient hydrique ainsi que l'incompatibilité de déformation entre la pâte et les granulats, vont diminuer les caractéristiques mécaniques à long terme. Peu d'études comparent l'influence de la dessiccation sur les propriétés mécaniques en mettant en regard les résultats obtenus suivant les différentes méthodes de caractérisations standards. Ce travail de thèse développe, des campagnes expérimentales investiguant les effets de la dessiccation sous humidité relative, température et temps de dessiccation variés. Il se poursuit par la mise en place du cadre de simulation numérique s'appuyant sur les expériences réalisées. Ces dernières sont modélisées mécaniquement en tenant compte du processus de dessiccation. La prise en compte du retrait de dessiccation, du développement du fluage propre et de dessiccation ainsi que l'apport de la pression capillaire permet de retrouver les résultats expérimentaux mécaniques. De ces simulations mécaniques, des faciès et des ouvertures de fissure sont extraits du modèle continu en se basant sur la théorie de la bande de fissuration. Enfin, des outils d'identification sont développés dans ce cadre afin de déterminer les propriétés des différents modèles numériques.
Type de document :
Thèse
Génie civil. Université Paris-Saclay, 2018. Français. 〈NNT : 2018SACLN013〉
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Soumis le : mardi 19 juin 2018 - 15:23:36
Dernière modification le : jeudi 21 juin 2018 - 01:12:57

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François Soleilhet. Etudes expérimentales et numériques des matériaux cimentaires sous sollicitations hydro-mécaniques. Génie civil. Université Paris-Saclay, 2018. Français. 〈NNT : 2018SACLN013〉. 〈tel-01818777〉

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