Comportement thermo-hydro-mécanique des structures en béton

Thermo-Hydro-Mechanical behaviour of concrete structures

• Auteur / Autrice : Florent Manzoni
• Direction : Alain Sellier, Thierry Vidal
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 16/12/2019
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• 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-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Déshydratation

Modèles mathématiques

Fluage

Béton

Construction en béton

Mots clés libres

Béton

Fluage

Retrait

Dessiccation

Déformation thermique transitoire

Modélisation

Couplages thermo-hydro-mécaniques (THM)

Concrete

Creep

Shrinkage

Drying

Transient Thermal Deformation

Modelling

Thermo-Hydro-Mechanical couplings (THM)

Résumé

Dans le cadre du projet de stockage en couche profonde des déchets radioactifs à Moyenne Activité et à Vie Longue (MA-VL) initié par l'Andra (Agence Nationale pour la Gestion des Déchets Radioactifs), le comportement à long terme de Bétons à Hautes Performances (BHP) sous sollicitations Thermo-Hydro-Mécaniques (THM) variables est étudié afin de prédire la tenue des ouvrages dans le temps. Le travail de cette thèse se décompose en trois parties qui visent à améliorer la compréhension du rôle de chaque sollicitation THM de manière dissociée ainsi que leurs couplages. Tout d'abord, un nouveau modèle basé sur des constations expérimentales d'études antérieures est proposé pour expliquer et simuler la Déformation Thermique Transitoire (DTT). Ce modèle présente l'originalité d'intégrer un couplage THM basé sur des mouvements d'eau entre deux échelles de pores (nanopores des C-S-H et réseau capillaire). Dans un second temps, une étude expérimentale du comportement différé du BHP, retrait et fluage en compression uniaxiale, à 20 °C en endogène ou à 50% HR est menée, sous charge variable modérée et/ou intense et sur différentes géométries de corps d'épreuves (cylindres 11 x 22 cm3 et anneaux), afin de vérifier, d'une part, que le modèle est capable de reproduire les évolutions des déformations sous charge quels que soient l'historique de chargement, son intensité, et l'état de consolidation du béton, et d'autre part, que les calages du modèle sur une géométrie cylindrique permettent bien de prédire un état de déformation réaliste sur une géométrie annulaire similaire à celle des tunnels de l'Andra (à l'échelle 1/25ème). Enfin, la dernière partie de ce travail consiste à proposer une modélisation des déformations en condition de dessiccation. Cette dernière partie intègre le modèle de DTT ainsi que la prise en compte d'une microfissuration d'origine hydrique conduisant à une amplification des contraintes effectives dans la direction de chargement. Ce phénomène est modélisé par un endommagement hydrique. Le modèle complet est par la suite testé sur les données expérimentales issues de cette thèse ainsi que sur des résultats de la littérature. L'ensemble des travaux menés permet d'améliorer notre compréhension des phénomènes physiques à l'origine des déformations du béton et de proposer un modèle intégrant les couplages THM pouvant être utilisé pour simuler le comportement des ouvrages sous sollicitations variables dans l'espace et dans le temps.

Within the framework of the future underground disposal structures of Intermediate Level Long-Life nuclear wastes steered by Andra (the French National Agency for Nuclear Waste Management), the delayed behaviour of High Performance Concrete (HPC) under variable Thermo-Hydro-Mechanical (THM) solicitations is studied to predict the long-term performance of the structures. The study contains three parts that aim to improve knowledge of each THM solicitation and their couplings effects. First of all, a model based on experimental results is proposed to explain and simulate the Thermal Transient Deformation (TTD) with a Thermo-Mechanical coupling using water movements between two porous types (C-S-H nanopores and capillary pores). Secondly, the study of delayed strain of a HPC at 20 °C in autogenous or desiccation (50% RH) conditions are led under variable mechanical stress, moderate and intense levels of loading, and different samples geometries (cylinder 11 x 22 cm3 or ring) in order to verify, in one hand, the capacity of the model to reproduce the strains evolutions under loading whatever the history of loading, the level of loading, and the concrete consolidation state, and, in the other hand, if the model fitted on cylinders results is able to simulate the behaviour of a circular geometry analogous to the Andra's tunnel, but at a reduced scale (1/25th). Finally, the last part of this research consists of simulating the desiccation strain. In this part, the need resorting to a hydric damage modelling and to consider the loading effect amplification is shown. Finally, the model is tested on strains measured during this study and on literature data. This work allows to improve the understanding of the physical phenomena at the origin of delayed strains, and to propose a model which integrates THM couplings and able to simulate structure behaviour under various solicitations over space and time.