Influence de l'anisotropie induite par la fissuration sur le comportement poromécanique de géomatériaux

Influence of crack-induced anisotropy on the poromechanical behaviour of geomaterials

• Auteur / Autrice : Said Rahal
• Direction : Alain Sellier, Géraldine Casaux-Ginestet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Civil
• Date : Soutenance le 02/04/2015
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire matériaux et durabilité des constructions (Toulouse ; 1999-....) - Laboratoire Matériaux et Durabilité des constructions [Toulouse] [LMDC]
• Jury : Président / Présidente : Pierre Rossi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Sellier, Géraldine Casaux-Ginestet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christian La Borderie, Alain Millard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux poreux

Éléments finis, Méthode des

Anisotropie

Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus)

Perméabilité

Fissuration

Géomatériaux

Mots clés libres

Perméabilité

Poromécanique

Fissuration

Anisotropie

MEF

Permeability

Poromechanics

Cracking

Anisotropy

FEM

Résumé

Prédire l’évolution de la perméabilité avec la fissuration constitue un objectif primordial afin d’évaluer les conséquences d’un chargement mécanique sur la durabilité et l’étanchéité des structures. À l’issu de ce travail, un modèle d’évolution du tenseur de perméabilité est proposé. Ce modèle, qui est intégré dans le cadre de la poromécanique et de la théorie de l’endommagement,permet de prédire l’évolution anisotrope du tenseur de perméabilité en fonction de la fissuration. L’originalité de ce travail réside dans la prise en compte des ouvertures de fissure et des tailles anisotropes de l’élément fini durant la construction du tenseur de perméabilité. Ceci permet au débit total d’être indépendant du choix du maillage. Ce modèle est ensuite utilisé pour simuler le débit de fuite dans un tirant en béton armé ainsi que le creusement et la consolidation poroviscoplastique d’une galerie souterraine destinée au stockage profond de déchets radioactifs. Pour cette dernière application, la prise en compte de l’anisotropie induite par la fissuration sur le tenseur de Biot est considérée via une loi issue de l’homogénéisation. Les résultats fournis par ce modèle sont confrontés aux mesures expérimentales in situ.

Cracking in structures significantly affects their durability, water transfer and ultimately their safety. This structural disorder provides a preferential path for the penetration of fluids and contributes significantly to the deterioration of structures. This work provides a macroscopic model intended to predict the change of permeability with respect to cracking. The proposed development is implemented within an orthotropic damage model. It assumes an initially isotropic permeability tensor which becomes anisotropic with damage. The objectivity of the hydraulic response with respect to the finite element mesh is ensured by considering the crack localization problem when building the permeability tensor. The model was used to simulate the flow rate through a reinforced concrete element subjected to tensile loading, as well as to simulate the excavation and the poro-visco-plastic consolidation of an underground gallery designed to store radioactive waste. For the latter application, the induced anisotropy of Biot’s tensor was taken into account using the results provided by the homogenization theory. The simulation results were compared with experimental measurements.