Etude expérimentale et modélisation du comportement à long terme des bétons de granulats recyclés

par Pablo Pena Torres

Projet de thèse en Génie civil - Cergy

Sous la direction de Elhem Ghorbel et de George Wardeh.

Thèses en préparation à Cergy-Pontoise , dans le cadre de ED SI - Sciences et Ingénierie , en partenariat avec Laboratoire de mécanique et matériaux du génie civil (laboratoire) depuis le 01-10-2017 .


  • Résumé

    1. Description du sujet L'utilisation des granulats issus de la déconstruction des structures de génie civil est un enjeu essentiel du développement durable et apparait comme la solution d'avenir pour préserver les ressources naturelles et limiter les zones de stockage. Néanmoins, les granulats recyclés possèdent des propriétés différentes de celles des granulats naturels à cause de la présence du mortier et de la pâte de ciment résiduels qui restent attachés aux grains naturels après le processus de production. Les caractéristiques des granulats recyclés influent directement sur la performance du béton à court et à long terme. Les explications les plus communes sont associées à la présence du mortier attaché, à la porosité plus élevée aussi bien qu'au module d'élasticité plus faible des bétons incorporant des granulats recyclés. Concernant le comportement à long terme, le nombre limité des travaux de recherche disponibles dans les références bibliographiques montre qu'en général les déformations de fluage des bétons de granulats recyclés sont plus élevées que celles du béton formulé avec des granulats naturels. Les résultats disponibles proviennent essentiellement des essais de fluage en compression sous chargement relativement faible par rapport à la charge de rupture. Par ailleurs, sous chargement plus complexe tel que la traction ou la flexion très peu d'études sont réalisées. De plus, l'effet de l'âge du matériau au moment de la mise sous chargement n'est pas encore abordé pour ces nouveaux bétons. L'objectif principal de cette thèse s'attache donc à la quantification expérimentale et numérique aussi bien qu'à l'amélioration de la compréhension des phénomènes physique qui sont à l'origine de l'accentuation des déformations différées en présence des granulats recyclés. 2. Programme expérimental Les bétons développés dans le cadre des projets nationaux PN RECYBETON et ANR ECOREB seront choisis pour cette thèse. Il s'agit de huit formulations appartenant à deux classes de résistance à la compression C25/30 et C35/45 ainsi qu'à une classe de consistance S4. Pour les deux séries, les granulats naturels sont substitués par des granulats recyclés à trois taux massiques : 30%, 50% et 100%. La campagne expérimentale inclut des tests de fluage en compression et en flexion 3 points en condition endogène et en dessiccation. Les essais de fluage en compression seront conduits sous trois niveaux de chargement : 40%, 60% et 80% par rapport à la charge de rupture. Ces essais ainsi que les essais en flexion seront réalisés à des échéances fixées à 28 et 90 jours après le coulage. Des éprouvettes cylindriques et prismatiques seront préparées et stockées dans l'eau à température ambiante jusqu'au jour de la mise en chargement de fluage. Les éprouvettes prismatiques seront préentaillées afin d'étudier, à la fin de chaque test du fluage, l'influence des déformations différés sur le comportement du béton à la rupture. A l'échéance de chaque test du fluage, des essais classiques pour déterminer la résistance à la compression, la résistance à la traction par fendage, le module d'élasticité et les propriétés de rupture seront réalisés. Enfin, pour chaque série du béton, des tests de relaxation à déformation constante seront effectués. 3. Modélisation numérique Les travaux de modélisation commencent par une partie analytique afin d'enrichir les modèles prédictifs proposés par les normes EC2 et CEB par l'introduction de paramètres pertinents qui tiennent compte de l'effet de l'incorporation des granulats recyclés sur le comportement différé. Sur la base des résultats de la campagne expérimentale, un modèle numérique multi-échelles sera ensuite développé. Le modèle proposé tiendra compte des paramètres viscoélastiques des différentes phases du béton de granulats recyclés ainsi que du couplage fluage-endommagement.

  • Titre traduit

    Experimental study and modeling of the long-term behavior of recycled aggregate concretes


  • Résumé

    1. Description of the topic The use of aggregates resulting from the deconstruction of civil engineering structures is an essential issue for sustainable development and appears to be the solution for the future to conserve natural resources and limit storage areas. However, recycled aggregates have properties different from those of natural aggregates due to the presence of residual mortar and cement paste that remain attached to the natural grains after the production process. The characteristics of recycled aggregates directly affect the performance of concrete in the short and long term. The most common explanations are associated with the presence of the attached mortar, the higher porosity as well as the lower modulus of elasticity of the concretes incorporating recycled aggregates. As far as long-term behavior is concerned, the limited number of research available in bibliographic references shows that, in general, creep deformation of recycled aggregate concretes is higher than that of concrete formulated with natural aggregates. The available results essentially come from the compression creep tests under relatively low loading compared to the breaking load. Moreover, under more complex loading such as traction or bending very few studies are carried out. Moreover, the effect of the age of the material at the time of loading is not yet addressed for these new concretes. The main objective of this thesis is therefore to quantify the experimental and numerical aspects as well as to improve the understanding of the physical phenomena which are at the origin of the accentuation of deferred deformations in the presence of recycled aggregates. 2. Experimental program The concretes developed in the framework of the national projects PN RECYBETON and ANR ECOREB will be chosen for this thesis. These are eight formulations belonging to two compressive strength classes C25 / 30 and C35 / 45 as well as a consistency class S4. For both series, the natural aggregates are substituted by recycled aggregates at three mass rates: 30%, 50% and 100%. The experimental campaign includes creep tests in compression and 3-point flexion in endogenous conditions and in desiccation. The compression creep tests will be carried out under three loading levels: 40%, 60% and 80% with respect to the breaking load. These tests, as well as the bending tests, will be carried out at maturities of 28 and 90 days after casting. Cylindrical and prismatic specimens will be prepared and stored in water at ambient temperature until the day of creep loading. The prismatic specimens will be pre-cut to study, at the end of each creep test, the influence of delayed deformations on the behavior of the concrete at break. At the end of each creep test, conventional tests to determine compressive strength, tensile strength by splitting, modulus of elasticity and fracture properties will be carried out. Finally, for each series of the concrete, relaxation tests with constant deformation will be carried out. 3. Numerical modeling The modeling work begins with an analytical part in order to enrich the predictive models proposed by the EC2 and CEB standards by introducing relevant parameters that take into account the effect of the incorporation of the recycled aggregates on the delayed behavior. Based on the results of the experimental campaign, a multi-scale numerical model will be developed. The proposed model will take into account the viscoelastic parameters of the different phases of the recycled aggregate concrete as well as the creep-damage coupling.