New approach for Monitoring and Modeling of the Creep and Shrinkage behaviour of Cement Pastes, Mortars and Concretes since Setting Time

par Brice Delsaute

Thèse de doctorat en Structures et Matériaux

Sous la direction de Jean-Michel Torrenti.

Soutenue le 19-12-2016

à Paris Est en cotutelle avec l'Université libre de Bruxelles (1970-....) , dans le cadre de École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....) , en partenariat avec Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des réseaux. Département matériaux et structures (laboratoire) et de Expérimentation et Modélisation des Matériaux et des Structures / IFSTTAR/MAST/EMMS (laboratoire) .

Le président du jury était Bernard Espion.

Le jury était composé de Jean-Michel Torrenti, Stéphanie Staquet, Thierry Massart, Robert Le Roy.

Les rapporteurs étaient Farid Benboudjema, Bernhard Pichler.


  • Résumé

    Lors de la construction de structure réalisée en plusieurs phases de bétonnage, les déformations du béton sont restreintes durant son durcissement. Quand le retrait est restreint, des contraintes de traction sont induites dans le matériau et un risque de fissuration est présent. Il est alors nécessaire de modéliser l’évolution des propriétés au jeune âge afin de prédire le comportement de la structure durant le jeune âge du béton. La difficulté réside dans le fait que la modélisation des propriétés du béton doit être basée sur des données expérimentales au jeune âge et que ces données doivent être obtenues automatiquement car le durcissement du béton se produit rapidement pendant les premières heures et les premiers jours. La thèse porte sur l’étude expérimentale et numérique des propriétés au jeune âge des matériaux à base de ciment et plus particulièrement sur le développement des déformations endogènes, le coefficient de dilatation thermique, le module d’élasticité et le fluage propre en compression et en traction. A cet effet, un travail complet a été réalisé à l'ULB et à l’Ifsttar impliquant le développement d'une nouvelle approche avec de nouvelles procédures d'essai et la conception de nouveaux dispositifs d'essai pour générer des données expérimentales depuis la prise du matériau. La méthodologie est basée sur deux méthodes d'essai répété. Pour la caractérisation du comportement viscoélastique d'un béton depuis sa prise, un essai de chargement permanent couplé à un essai avec des chargements répétés de plusieurs minutes est nécessaire. Les déformations endogènes, le coefficient de dilatation thermique et la prise sont caractérisés avec des variations thermiques répétées sur un échantillon de béton. Cette nouvelle approche a été définie sur un béton ordinaire et ensuite étendue sur l’étude de 4 paramètres pertinents : le rapport eau-ciment, l'effet de restriction de l'agrégat sur la pâte de ciment dans le développement des propriétés du béton au jeune âge, la substitution du ciment par des additions minérales et la différence de comportement en traction et en compression. Sur la base de ces résultats expérimentaux, de nouveaux modèles ont été développés pour la caractérisation des propriétés au jeune âge de matériaux cimentaires depuis le temps de prise. Une version adaptée de la modélisation du fluage propre dans le Code modèle 2010 est également proposée

  • Titre traduit

    Nouvelle approche pour le Suivi et la Modélisation du comportement au Fluage et du Retrait de Pâtes de Ciment, Mortiers et Bétons depuis la Prise


  • Résumé

    For usual concrete structure built in several phases, concrete deformations are restrained during the hardening process. When shrinkage is restrained, tensile stresses are induced and a cracking risk occurs. Modelling the evolution of an early age set of parameters on concrete is necessary to predict the early age behaviour of concrete structures. The difficulty lies in the fact that the modelling of concrete properties must be based on experimental data at early age and this data must be obtained automatically because the hardening process of the concrete takes place rapidly during the first hours and also the first days. The thesis deals with experimental and numerical study of the early age properties of cement based materials and more specifically the development of the autogenous deformation, the coefficient of thermal expansion, the E-modulus and the basic creep in compression and tension. For this purpose, a comprehensive work was carried out at ULB and Ifsttar involving the development of a new approach with new test procedures and the design of new testing devices to generate experimental data since the setting of the material. The methodology is based on two repeated testing methods. For the characterization of the viscoelastic behaviour of a concrete since setting, a permanent loading coupled to a test with repeated minute-long loadings is needed. Whereas, the autogenous strain, the coefficient of thermal expansion and the setting are characterized with repeated thermal variations on a concrete sample. The new approach was defined on an ordinary concrete and then extended to the study of the following parameters: the water-cement ratio, the restrained effect of aggregate on the cement paste in the development of concrete properties at early age, the substitution of cement by mineral addition and the difference of behaviour in tension and in compression. Based on these experimental results, new models were developed for the characterization of the early age properties of cement based materials since setting time. An adapted version of the Model Code 2010 for the modelling of basic creep is also proposed


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