Le rôle de l'eau dans le comportement à haute température des bétons

• Auteur / Autrice : Adélaïde Feraille-Fresnet
• Direction : Alain Ehrlacher
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux et structures
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Marne-la-vallée, ENPC
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d’Enseignement et de Recherche en Mécanique des Matériaux et des Ouvrages
• Jury : Président / Présidente : Bernhard Schrefler
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Huy Duong Bui, Fekri Meftah, Philippe Tamagny, Jean-Michel Torrenti
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Parviz Navi, Jean Pera

Mots clés

Mots clés contrôlés

Propriétés mécaniques

Béton

Matériaux bitumineux

Résumé

Depuis 1996, on dénombre trois incendies dans des tunnels en Europe. Dans chacune de ces catastrophes, la température atteinte dans le tunnel a été estimée entre 800°C et 1200°C. Indépendamment de ces situations accidentelles spectaculaires, il en existe de nombreuses autres où le béton est soumis à de hautes températures en fonctionnement normal. De nombreuses recherches ont donc été entreprises pour comprendre le comportement du béton à haute température et les phénomènes mis en jeu. Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre de ces recherches et porte plus particulièrement sur le rôle de l'eau dans le matériau lors de la montée en température. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés au rôle de l'eau dans une fissure du matériau, au cours du chauffage. Nous avons établi une solution analytique originale donnant la répartition liquide-vapeur dans la fissure ainsi que le facteur d'intensité de contraintes en pointe de fissure , en fonction de la taille de la fissure , du nombre de moles d'eau contenues à l'intérieur de la fissure et de la température. Nous sommes alors en mesure d'étudier la stabilité de cette fissure. Dans un deuxième temps, nous abordons les phénomènes étudiés sous l'angle de la mécanique des milieux poreux non saturés. Nous présentons un modèle Thermo-Hydro-Chimique permettant de décrire le comportement du béton sous chargement thermique. La microstructure est décrite à l'aide d'une surface porosimétrique; chaque pore est caractérisé par deux rayons, le rayon d'accès au pore et le rayon de pore. Cette description fait intervenir la Zone des Pores Saturés en Liquide comme une variable d'état. Nous introduisons également le concept de cinétique de déshydratation mis en évidence expérimentalement. Une hypothèse d'érosion de la phase solide par déshydratation permet de relier l'évolution de la microstructure et de la Zone des Pores Saturés en Liquide à la masse d'eau créée par déshydratation.

Since 1996, three fires have been counted in tunnels in Europe. During each of these accidents, the temperature reached by the structure has been estimated between 800°C and 1200°C. Beside these spectacular accidenta! situations, there are many other situations in which concrete structures are submitted to high temperatures during their regular use. Several research work has been undertaken for a better understanding of the behaviour of concrete submitted to high temperatures and the physical phenomena involved. This PhD Thesis takes ddwn as part of this research work and develops, more particularly, the role of water in the material submitted to heating up to high temperatures. At first, we are interested in the role of water inside a material crack, during heating. We have established an original analytical solution giving the liquid-vapour repartition and the stress intensity factor, as fonctions of crack's length, water molecules contained in the inner of the crack and temperature. Then, we are able to study the crack stability. In the second part, we propose to approach the studied phenomena using the non saturated porous media theory. We present a thermo-hydro-chemical model which permits to describe the concrete behaviour under thermal loading. The material microstructure is defined using a ''porosimetric surface''. Each pore is characterised by two radii: the pore radius and the access radius into the pore. With this description, the zone of pores saturated by liquid is astate variable. We also introduce the concept of kinetic dehydration, clearly lighted by experimental studies. An hypothesis of erosion of the solid phase by dehydration permits to link the evolution of microstructure and of the zone of pores saturated by liquid to the mass of water created by dehydration.