Comportement à haute température du béton revelé par une approche couplant la tomographie rayons X et neutrons avec une modélisation thermo-hydro-mécanique

High Temperature behaviour of Concrete revealed by in-situ coupled neutron and x-ray tomography and thermo-hydro-mechanical modelling

• Auteur / Autrice : Elena Ilari
• Direction : Stefano Dal pont
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : MG - Mécanique, génie civil
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes en cotutelle avec Politecnico di Milano
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Sols, Solides, Structures et Risques

Mots clés

Mots clés libres

Béton

Modélisation thermo-hydro-mécanique

Tomographie rayons x et neutrons

Concrete

Thermo-hydro-mechanical modelling

Neutrons and x-ray tomography

Résumé

Le béton est de loin le matériau de construction le plus utilisé dans le monde. Sa résistance mécanique est relativement bien comprise, mais son comportement à haute température, typique des conditions d'incendie par exemple, ne l'est pas. Dans ces conditions, il a une prédisposition à éjecter plus ou moins violemment des couches (phénomène appelé écaillage). Ce processus réduit la section transversale de travail de l'élément structural et peut exposer les renforcements, entraînant la défaillance de la structure. Ce projet vise à améliorer notre compréhension des mécanismes fondamentaux à l'origine de l'écaillage grâce à une combinaison synergique d'investigations expérimentales avancées et de modélisation numérique de pointe. Plus précisément, le doctorat se concentrera sur l'étude des interactions hydromécaniques, qui sont l'une des principales sources de l'écaillage. Nous développerons un appareil expérimental pour étudier le développement de fissures et l'écaillage tout en acquérant des images simultanées par tomographie aux rayons X et par tomographie aux neutrons, une possibilité récemment développée. Un code numérique thermo-hydro pour les milieux poreux basé sur TCAT (Thermodynamically Constrained Average Theory) existant sera adapté à cette échelle de temps exceptionnellement courte et amélioré en fonction de la richesse des informations fournies par les développements expérimentaux.

Concrete is by far the most used construction material worldwide. Its mechanical resistance is relatively well understood but its behaviour at the high temperature typical of fire conditions, for example, is not. In these conditions, it has a predisposition to more or less violently eject layers (a phenomenon named spalling). This process reduces the working cross section of the structural element and can expose the reinforcements, leading to the failure of the structure. This project aims at improving our understanding of the fundamental mechanisms driving spalling through a synergic combination of advanced experimental investigations and state-of-the-art numerical modeling. In particular, the PhD will focus on the study of the hydro-mechanical interactions that are to be one of the key driving sources of spalling. We will develop an experimental apparatus to study the development of cracks and spalling while acquiring simultaneous X-ray and Neutron tomography, a recently developed possibility. An existing thermo-hydro numerical code for porous media based on TCAT (Thermodynamically Constrained Average Theory) will be adapted to this unusually short time scale and enhanced based on the wealth of information provided by the experimental developments.