Évaluation expérimentale et théorique des effets mécaniques de l'alcali-réaction sur des structures modèles

par Stéphane Multon

Thèse de doctorat en Génie civil. Structures

Sous la direction de François Toutlemonde.

Soutenue en 2003

à l'Université de Marne-la-Vallée .


  • Résumé

    L'importance du nombre d'ouvrages atteints d'alcali-réaction en France a conduit le Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC) et Electricité de France (EDF) à développer une vaste étude expérimentale afin de calibrer et valider les méthodologies de re-calcul d'ouvrages atteints et pouvoir répondre aux questions concernant la pérennité, la sécurité et l'aptitude au service des structures dégradées par cette pathologie. L'étude de la bibliographie concernant le développement de cette réaction chimique dans les bétons et ses effets sur les structures, a conduit à définir un programme ambitieux pour mesurer précisément le développement de l'alcali-réaction dans six structures modèles, en caractérisant notamment l'effet de deux paramètres majeurs : les apports d'eau et les contraintes. A l'occasion de ce programme, trois moyens de mesures innovants nécessaires aux suivis hydrique et mécanique de ces structures ont été conçus et qualifiés : -un banc de pesage, afin de mesurer les variations de masse globale de poutres de 900 kg avec une précision de 10 g, -un banc de gammadensimétrie mobile, pour déterminer des profils de variation relative de masse dans leur hauteur, -des extensomètres à corde vibrante sans raideur, de différentes bases de mesure, pour mesurer leurs déformations locales et globales. Un nombre important de mesures "classiques" a également été réalisé, tant sur les poutres modèles que sur des éprouvettes. Cette étude a permis de constituer une banque de données importante, utilisable par de nombreux acteurs du Génie Civil puisqu'elle concerne les déformations de structures endommagées par l'alcali-réaction mais également les transports hydriques dans des structures de béton et les déformations de structures en bétons non atteints d'alcali-réaction. Ce suivi a apporté de nouveaux enseignements directement utilisables pour l'expertise et l'évaluation de la dégradation des ouvrages atteints concernant : -l'évolution des caractéristiques mécaniques d'un béton réactif représentatif de celui d'ouvrages d'art français, -la méthodologie de l'essai d'expansion résiduelle, -les effets d'un gradient d'humidité sur le comportement de structures en béton, -les effets d'apports d'eau tardifs sur le comportement d'ouvrages atteints, -l'influence de l'état de contraintes sur l'amplitude et la cinétique des expansions dues à l'alcali-réaction, que ces contraintes mécaniques soient dues au fonctionnement de l'ouvrage, à la présence d'armatures, à des conditions hydriques variables, -et finalement, l'impact de cette pathologie sur la résistance mécanique des structures atteintes

  • Titre traduit

    Experimental and theoretical evaluation of mechanical effects of alkali-silica reaction on laboratory structures


  • Résumé

    A large scale experimental program has been carried out at the Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC), with Electricité de France (EDF) as a partner, in order to validate methodologies of mechanical reassessment of real structures damaged by Alkali-Silica Reaction (ASR) and thus answer to the needs of owners of civil engineering structures (bridges, dams, pavements). The final aim is to improve calculation tools in order to determine the evolution of ASR affected structures. Major features of this study were to point out the water driving effect and the compressive stresses consequences on swellings due to ASR. Thus, the hydro-chemo-mechanical behaviour of six instrumented laboratory structures has been monitored during a two years experimentation. Three specific devices have been designed to achieve the numerous measurements, in order to evaluate water movements in concrete and structural behaviours of the six structures : -the weighing device allows to measure the mass variations of the 900 kg beams, with a 10 g accuracy, -the gammadensitometry equipment is used to determine the relative mass variations along the height of the beams, -specific stiffness vibrating wire sensors achieve deformation measurements in the beams. Other current or improved techniques have been also used in order to complement the characterisation of the behaviour of the beams, and to quantify chemo-mechanical data related to the two concrete mixtures during two years. This laboratory experimental survey has collected numerous results to document both moisture and chemo-mechanical deformations, which builds a useful data bank in order to validate models. At last, measurements have increased knowledge useful for expert evaluation of ASR-affected structures about : -mechanical properties evolution of concrete mixture damaged by ASR, -methodology of residual expansion tests, -effects of moisture gradient in ASR-damaged structures, -consequences of late water supply on ASR progress in structures already damaged, -range and time-evolution of ASR swellings under specific stress states, due to mechanical loads, reinforcement or various environmental conditions, and, at last, the effect of this chemical reaction on the mechanical strength of damaged structures

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Cette thèse a donné lieu à une publication en 2004 par LCPC, Laboratoire Central des Ponts et Chaussées à Paris

Évaluation expérimentale et théorique des effets mécaniques de l'alcali-réaction sur des structures modèles


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La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (419 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 333-350 (182 réf.)

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Est Marne-la-Vallée. Bibliothèque.
  • Consultable sur place dans l'établissement demandeur
  • Cote : 2003 MUL 0181
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.
Cette thèse a donné lieu à 1 publication .

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Cette thèse a donné lieu à une publication en 2004 par LCPC, Laboratoire Central des Ponts et Chaussées à Paris

Informations

  • Sous le titre : Évaluation expérimentale et théorique des effets mécaniques de l'alcali-réaction sur des structures modèles
  • Dans la collection : Études et recherches , OA 46 , 1161-028X
  • Détails : 1 vol. (423 p.)
  • ISBN : 2-7208-0379-0
  • Annexes : Bibliogr. p. 337-354
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