Comportement thermo-mécanique des murs en maçonnerie de blocs creux en béton sous l'action d'un feu conventionnel

Thermo mechanical behaviour of masonry walls of hollow concrete blocks under the action of fire

• Auteur / Autrice : Fadi al Nahhas
• Direction : Guy Bonnet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Université de Marne-la-Vallée (1991-2019)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mortier liquide

Essais de comportement au feu

Murs en béton

Résumé

Ce travail est consacré à la mise en place d’une méthodologie comportant les différents outils expérimentaux et de modélisation permettant d’interpréter de façon analytique le comportement des maçonneries de blocs de béton alvéolé observé lors d’essai au feu. Les résultats d’essai de résistance au feu sur deux types de matériaux ayant un comportement très différent sont présente��s. Trois modèles ont été élaborés dans ce travail : un modèle thermique unidimensionnel par différences finies prenant en compte les principaux phénomènes physiques caractérisant les transferts thermiques (conduction, rayonnement et évaporation de l’eau interstitielle) ; - un modèle thermo-élastique analytique en version unidimensionnelle et bidimensionnelle ; - un modèle thermo-hygro-mécanique représentant le mortier des blocs par un milieu poreux non saturé. La mise en place du modèle thermo-hygro-mécanique nous a conduit en particulier à revisiter l’expression des flux de gaz biphasiques correspondant à la diffusion (loi de Fick) et à la filtration (loi de Darcy) et à clarifier la notion de vitesse moyenne du gaz dans ce type de modélisation. Une étude paramétrique destinée à évaluer l’influence des différents paramètres caractérisant le milieu poreux a été effectuée. L’ensemble de ces modèles est alimenté par une campagne d’essais thermo-mécaniques sur les matériaux constitutifs des murs. La modélisation unidimensionnelle adoptée permet de reproduire avec une bonne approximation les températures mesurées expérimentalement à l’intérieur des blocs. L’application du modèle hermo-hygro-mécanique a permis de représenter la physique des flux de vapeur et des changements de phase au sein des matériaux. Enfin, la mise en oeuvre des deux modèles thermo-mécaniques a montré que le modèle unidimensionnel est mal adapté pour représenter le fonctionnement thermo-mécanique des murs. Le modèle thermo-mécanique bidimensionnel permet une évaluation convenable du fonctionnement du mur et permet également une explication de la différence de comportement observé entre les deux types de matériaux

This work is devoted to the implementation of a methodology comprising the various modeling and experimental tools which make possible to interpret analytically the behaviour of masonries of hollow concrete blocks observed during fire tests. The test results of fire resistance on two types of materials having a very different behavior are presented. Three models have been elaborated in this work : - a one-dimensional thermal model by the finite differences method taking into account the principal physical phenomena characterizing the thermal transfers (conduction, radiation and evaporation of pore water) ; - an analytical thermo-elastic model under one and two dimensional versions ; - a thermo-hygro-mechanical model representing the mortar of the blocks by an unsaturated porous media. The implementation of the thermo-hygro-mechanical model led us in particular to revisit the expression of biphasic gas flow corresponding to the diffusion (Fick’s law) and to filtration (Darcy’s law) and to clarify the concept of mean velocity of gas in this type of modelling. A parametric study intended to evaluate the influence of the various parameters characterizing the unsaturated porous media was carried out. The whole of these models is fed by thermomechanical experiments on the materials which constitute the blocs. The adopted one-dimensional modelling makes it possible to reproduce with a good approximation the temperatures measured inside the blocks during the experiments. The application of the thermo-hygro-mechanical model made it possible to represent the physics of vapor flows and phase change within materials. Lastly, the use of the two thermo-mechanical models showed that the one-dimensional model is badly adapted to represent the thermo-mechanical behaviour of the walls. The twodimensional thermo-mechanical model allows a suitable evaluation of the behaviour of walls and also allows an explanation to the difference between the tow kinds of behaviour which are observed experimentally