Déformations différées du béton : étude expérimentale et modélisation numérique de l'interaction fluage-endommagement

• Auteur / Autrice : Mirvat Omar
• Direction : Gilles Pijaudier-Cabot, Ahmed Loukili
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale mécanique, thermique et génie civil (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Centrale Nantes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fluage

Fissuration

Béton

Résumé

Ce travail a pour objectif de mettre en évidence numériquement et expérimentalement les effets de couplages entre le fluage et la croissance de fissure dans le béton. L'étude numérique a porté sur deux méthodes de couplage entre l'endommagement non local et le fluage. Dans la première méthode, le fluage est modélisé à l'aide du modèle de Maxwell et l'endommagement apparaît à partir du concept de contraintes effectives. Dans la seconde, la modélisation du fluage est basée sur le modèle de Kelvin où l'endommagement agit sur la partie indépendante du temps dans la fonctionnelle de fluage. Les paramètres des modèles numériques ont été identifiés sur des données expérimentales. Des simulations numériques de fluage et de relaxation sont présentées. Les résultats des différents programmes de sollicitations avec différents paramètres de contrôle confirment l'influence du comportement endommageable du béton sur le fluage ou la relaxation. Par ailleurs, nous avons traité un autre type de modélisation basée sur une approche discrète: le modèle de Zip, sur lequel nous avons apporté des modifications afin de tenir compte de la viscoélasticité du matériau béton. Les résultats du modèle modifié montrent que la taille de la zone de microfissuration diminue en augmentant la viscoélasticité du matériau. L'obtention de données expérimentales destinées à évaluer l'interaction fluage-fissuration doit permettre de dégager des règles simplifiées de conception par rapport à la résistance à la fissuration en tenant compte des effets différés et les éléments de validation des modèles proposés. Le programme expérimental permet de caractériser l'influence du fluage sur la capacité portante des poutres en flexion, il permet aussi d'analyser la variation de leur comportement sur le diagramme d'effet d'échelle. L'influence du niveau de chargement sur la cinétique de fluage est discutée. Pour des niveaux de sollicitations élevés, les essais de fluage propre ont souligné un couplage entre l'endommagement et les déformations de fluage par apparition du fluage tertiaire. Une analyse de l'émission acoustique pendant le chargement de fluage est effectuée. Elle a pour motif de corréler au moins qualitativement l'évolution des déformations dues au fluage propre et le nombre totale d'évènements acoustiques.

The aim of this research is to investigate numerical and experimental studies of coupling between creep and crack growth in concrete. The numerical study underlines the different approaches that can be envisioned in order to incorporate damage into the time dependent creep functions: In the Maxwell model, the effective stress approach was used. In the Kelvin model, material damage acts on the time independent part of the creep functional. The numerical models are calibrated so that they fit the experimental data. Some computer simulations have been carried out. Results of various loading histories with different controlling parameters confirm the influence of the damage behaviour on creep or relaxation of concrete. Besides, another type of modeling based on a discrete approach was handled in this study: the Zip model, which has been modified in order to consider the viscoelasticity of concrete. Results show that the length of the Fracture Process Zone decreases when increasing viscoelasticity. In addition to the numerical models, a large experimental program should also give many indications about the interaction between creep and crack and allow to conclude simplified rules predicting the capacity of a structure to resist to crack growth taking into consideration the time dependent behavior of concrete. This experimental program is intended to analyse the influence of flexural creep on the capacity of concrete beams, it is also intended to study the variation of the material behaviour after creep on the size effect law. The load level effects on creep strain are also discussed. Basic creep experiments show that for high load levels there is a coupled effect between creep and damage as tertiary creep is observed. Acoustic emission analysis was also performed during creep loading, the aim is to correlate the evolution of the cumulative AE events and energy vs. The deflection of the beam.