Composites cimentaires à module d'élasticité contrôlé : conception, caractérisation et modélisation micromécanique

Cementitious composites with controlled modulus of elasticity : mix design, characterization and micromechanical modeling

• Auteur / Autrice : François Duplan
• Direction : Gilles Escadeillas, Anaclet Turatsinze, Ariane Abou-Chakra
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 2014
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Micromécanique (ingénierie)

Composites de ciment

Mots clés libres

Mortier

Granulats légers

Granulats caoutchouc

Renforcement par fibres

Micromécanique

Eurocode

Résumé

Cette thèse, réalisée dans le cadre d'une convention CIFRE (société Ménard), s'inscrit dans la problématique du renforcement de sols par inclusion de renforts (Colonnes à Module Contrôlé ou CMC) selon un procédé qui consiste à réaliser ces colonnes de renforcement par injection d'un matériau cimentaire via une tarière creuse. Le matériau cimentaire utilisé doit respecter un cahier des charges spécifique concernant des propriétés à l'état frais (affaissement) et à l'état durci (résistance en compression et module d'élasticité). Le premier objectif de cette thèse était de formuler des matériaux cimentaires destinés au procédé CMC, présentant des propriétés respectant le cahier des charges tout en étant optimisées par rapport à l'application visée. Une attention particulière a été portée sur la rigidité du matériau, ainsi que sur l'amélioration de son comportement mécanique lorsqu'il était renforcé par des fibres. Des matériaux à base de granulats caoutchouc ou d'argile expansée ont ainsi été développés et caractérisés. Le deuxième objectif de la thèse était d'étudier la pertinence des codes règlementaires étant donné que les formules fournies actuellement par ces codes n'étaient pas utilisables dans le domaine de résistance mécanique des matériaux cimentaires développés dans cette thèse. Si certaines lois peuvent être extrapolées sans problème, d'autres ne s'avèrent pas suffisamment précises ou sécuritaires pour que leur extrapolation soit possible. Le troisième objectif de la thèse était de prédire les propriétés élastiques des matériaux développés grâce à un modèle micromécanique adapté aux besoins spécifiques de ce type d'application (CMC). Le modèle développé permet de remplacer avantageusement les formules règlementaires empiriques défaillantes pour la prédiction des propriétés élastiques (notamment le module d'élasticité).

This PhD was realized thanks to a CIFRE partnership between the company Menard and the university of Toulouse. The purpose of this PhD was to develop and study new cement-based materials destined for the CMC (controlled modulus columns) technique. This technique belongs to a wider family of ground improvement processes called rigid (or semi-rigid) inclusions, which are soil-stiffening techniques. Those cement-based materials shall respect the company specifications regarding fresh and hardened state properties. The first goal was to design mixtures compositions which properties at fresh and hardened state respect the company specifications and are optimized for the application which they are destined for. A specific attention was given to the rigidity of the material, and its brittleness when it is reinforced by fibers. Mortars incorporating expanded clay aggregates, rubber aggregates and metallic fibers were developed. The second goal was to study the efficiency of regulatory building codes formulas with the developed mortars, since most of the developed mortars do not meet with the application scopes of the building codes. A few formulas turned out to be as efficient with the developed mortars as with regular structural concrete, while others turned out to be imprecise and unfavourable to security. The third goal was to predict the elastic properties of the linear elastic properties of the developed mortars thanks to a micromechanical model adapted to the specific needs of those specific materials. This model shall replace the empirical formulas advantageously for predicting the modulus of elasticity of the developed cement-based composites.