Impact du chargement de traction et de la fissuration sur l'évaluation du coefficient de diffusion des chlorures dans des tirants en béton armé

Tensile loading and cracking impacts on chloride diffusivity evaluation in reinforced concrete tie-specimens

• Auteur / Autrice : Amandine Asselin
• Direction : Farid Benboudjema
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 20/12/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2022-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Ecole Normale Supérieure Paris-Saclay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l’ingénierie et des systèmes (2020-….)
• Jury : Président / Présidente : Myriam Carcassès
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ouali Amiri, David Conciatori, Thomas Sanchez
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ouali Amiri, David Conciatori

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ions -- Diffusion

Multiphysique

Durée de vie (ingénierie)

Béton armé

Mots clés libres

Durabilité

Béton

Multi-Physiques

Diffusion

Durability

Concrete

Multi-Physics

Diffusion

Résumé

Les chlorures, contenus dans les sels de déverglaçage ou dans les sels marins, peuvent pénétrer dans le béton et atteindre les armatures. Ceci pose problème car ils causent la corrosion des armatures en acier présentes dans le béton armé, impliquant la dégradation forte des structures. Pour quantifier la résistance du béton face à la pénétration des chlorures, le coefficient de diffusion des chlorures dans le béton peut être mesuré grâce à des essais de diffusion ou de migration. Néanmoins, dans la littérature, ces essais sont réalisés sur du béton sain, c'est-à-dire, ne contenant pas d'armature et non fissuré. Cependant, dans la réalité, le béton des structures comporte généralement des armatures, est fissuré et subit un chargement mécanique. Ainsi, les mesures du coefficient de diffusion effectuées ne sont pas représentatives du béton tel qu'il peut être trouvé dans une structure classique.Le premier objectif de cette thèse a été de développer un dispositif de mesure du coefficient de diffusion dans un tirant en béton armé, représentant une armature de pont et son enrobage, maintenu sous chargement mécanique et fissuré. Pour cela, des optimisations numérique et expérimentale ont permis d'adapter l'essai de migration classiquement trouvée dans la littérature pour intégrer une armature et une épaisseur de spécimen plus élevé. Un dispositif de maintien du chargement de traction a également été mis en place. Ceci a permis de montrer que la présence d'une fissure augmente le coefficient de diffusion et que plus la fissure est ouverte, plus le coefficient de diffusion est élevé. De même, le chargement, même s'il n'entraîne pas de fissuration, implique une augmentation du coefficient de diffusion.Le second objectif de la thèse a été de déterminer numériquement l'impact de différents paramètres de fissuration sur le coefficient de diffusion. Le transport par diffusion a ainsi été ajouté à un modèle lattice-particulaire déjà existant permettant une bonne représentation de la fissuration. Des simulations ont ensuite été réalisées en ajoutant progressivement de la tortuosité et de la constrictivité dans la fissure, ainsi qu'une armature dans le béton. Enfin, l'utilisation du modèle numérique a permis d'améliorer les résultats obtenus expérimentalement en fournissant une meilleure description de la fissure à l'intérieur du spécimen.

Chlorides in de-icing salts or sea salts can penetrate concrete and reach the reinforcement. It can lead to a big issue in reinforced concrete since chlorides cause corrosion of the steel reinforcement, leading to severe structural deterioration. To quantify the resistance of concrete to chloride penetration, chloride diffusivity in concrete can be measured using diffusion or migration tests. However, in the literature, these tests are carried out on sound concrete, i.e. concrete without reinforcement and cracks. However, real concrete structures generally have reinforcement, are cracked and undergo mechanical loading. The chloride diffusivity measured in the laboratory is therefore different from that measured on concrete as it might be found in a conventional structure.The first objective of this research project was to develop a device to measure chloride diffusivity in a reinforced concrete tie-specimen, representing a bridge reinforcement and its coating, held under mechanical loading and cracked. To achieve this, numerical and experimental optimisations were used to adapt the classical migration test found in the literature to include steel reinforcement and a greater specimen thickness. A device has also been developed to maintain the tensile load. This showed that the presence of a crack increases diffusivity and that the more open the crack, the higher the diffusivity. Similarly, loading causes an increase in diffusivity, even if it does not lead to cracking.The second objective of the research project was to determine the effect of different crack parameters on diffusivity numerically. Diffusion transport has been added to an existing lattice-particle model, providing a good cracking representation. Simulations were then carried out by progressively adding tortuosity and constrictivity to the crack, as well as reinforcement in the concrete. Finally, the use of the numerical model improved the results obtained experimentally by providing a better description of the crack inside the specimen.