Multi-fissuration des structures en béton armé : analyse par corrélation d'images et modélisation

Multi-cracking of Reinforced Concrete Structures : Image Correlation Analysis and Modelling

• Auteur / Autrice : Nuraziz Handika
• Direction : Alain Sellier, Géraldine Casaux-Ginestet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Civil
• Date : Soutenance le 01/02/2017
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : Mécanique, Energétique, Génie Civil, Procédés
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Matériaux et Durabilité des Constructions - Laboratoire Matériaux et Durabilité des constructions [Toulouse] / LMDC
• Jury : Président / Présidente : Luc Davenne
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Sellier, Géraldine Casaux-Ginestet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Farid Benboudjema, Alain Millard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Béton -- Dilatation et retrait

Béton armé -- Fissuration

Corrélation d'images numériques

Éléments finis, Méthode des

Mots clés libres

Modélisation des fissures

MEF

Corrélation d'images

Liaison acier-béton

Retrait

Effet d'échelle probabiliste

Crack modelling

FEM

Digital Image Correlation

Steel-concrete bond

Shrinkage

Probabilistic scale effect

Résumé

La modélisation de la fissuration du béton armé à l'aide de la méthode des éléments finis nécessite de prendre en compte, outre l'endommagement du béton, trois phénomènes : la spécificité de la liaison acier-béton, l’autocontrainte due au retrait, et l'effet d'échelle probabiliste dû à l'hétérogénéité du béton. Cette recherche s'appuie sur une campagne expérimentale pour obtenir le comportement de la liaison et les caractéristiques des fissures sur des éléments de structures. La technique de corrélation d'images numériques a été utilisée pour observer l'espacement et l'ouverture des fissures.La liaison acier-béton est considérée dans la modélisation à l'aide d'éléments d'interface élasto-plastiques basés sur les résultats expérimentaux des tests de pull-out. Les effets du retrait sont pris en compte via un cadre poro-mécanique. Enfin, l'effet d'échelle probabiliste est intégré dans la modélisation via une méthode de champs aléatoires, puis de maillon faible. La modélisation est appliquée à l'élément de structure en béton armé étudié en laboratoire ce qui permet de quantifier l'importance relative de la liaison acier-béton, des contraintes induites par le retrait empêché, et de l'hétérogénéité du matériau.

The modelling of cracking of reinforced concrete using the finite element method requires taking into account, in addition to the concrete damage, three phenomena: the specificity of the steel-concrete bond, the self-stress due to shrinkage, and the probabilistic scale effect due to the heterogeneity of concrete. This research is based on an experimental campaign to obtain the behaviour of the bond and the characteristics of the cracks on structural elements. The technique of digital image correlation was used to observe the spacing and opening of the cracks.The steel-concrete bond is considered in modelling using elastoplastic interface elements based on the experimental results of the pull-out tests. The effects of shrinkage are taken into account via a poro-mechanical framework. Finally, the probabilistic scale effect is integrated into the modelling via a random field method and then a weakest link one. Modelling is applied to the reinforced concrete structural element studied in the laboratory, which makes it possible to quantify the relative importance on cracking of the steel-concrete bond, the stresses induced by shrinkage, and the tensile strength heterogeneity of the material.