Effet du retrait de séchage sur la réponse sismique des structures en béton armé

Effect of early age drying shrinkage on the seismic response of RC Structures

• Auteur / Autrice : Chaimaa Jaafari
• Direction : Stéphane Grange
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 27/11/2020
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GEOMAS - Géomécanique Matériaux Structure, EA 4126 (Lyon, INSA.) - Géomécanique- Matériaux et Structures / GEOMAS
• Jury : Président / Présidente : Benjamin Richard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Grange, Benjamin Richard, Gabriel Candia, Luc Davenne, David Bertrand, Aveline Darquenne, Fabien Delhomme, Irini Djeran Maigre
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gabriel Candia, Luc Davenne
• DOI : 10.70675/33a39706z5c10z45d6z8d66z31c17c5f6c82

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génie civil

Béton armé

Béton armé -- Fissuration

Matériaux -- Propriétés thermiques

Séchage

Mots clés libres

Génie civil

Béton armé

Béton au jeune âge

Retrait thermique

Comportement sismique

Séchage

Modélisation élements finis

Comportement dynamique

Fissuration du béton

Vulnérabilité sismique

Civil engineering

Reinforced concrete

Early-Age concrete

Thermal shrinkage

Seismic behaviour

Séchage

Finite element method

Dynamic behavior

Cracking of concrete

Seismic vulnerability

Résumé

Les structures en béton armé s'endommagent au cours de leur vie à cause de plusieurs facteurs : conditions thermiques, attaques chimiques, retrait, fluage, carbonatation, corrosion, etc. Ce processus d'endommagement débute dès les premiers jours de la vie de l'ouvrage et continue lors de son vieillissement. L'endommagement au jeune âge peut influencer significativement le comportement dynamique des structures en béton armé. En effet, la fréquence propre d'une structure, qui constitue un paramètre de dimensionnement, peut être fortement réduite à cause de cet endommagement. Afin de déterminer l'influence de l'endommagement dû aux effets du jeûne âge (0 à 28 jours) sur la réponse sismique d'une structure en béton armé, ce travail de thèse a combiné à la fois modélisations numériques et essais pseudo-dynamiques sur deux groupes de portiques en béton armé. Le premier groupe a été gardé en conditions endogènes (échanges hydriques avec l'extérieur empêchés) durant le jeune âge afin de limiter les effets du retrait de séchage (fissuration). Le second groupe a quant à lui été gardé en conditions non-endogènes (échange d'eau avec le milieu extérieur possible) similaires aux conditions de chantier, ce qui a induit un endommagement initial (fissurations) dû notamment à un retrait de séchage plus important. Les deux types de portiques ont été soumis à la fin de leur jeune âge au même chargement sismique au moyen d'essais pseudo-dynamiques. D'une part, ce manuscrit présente les résultats expérimentaux obtenus à travers la réalisation d'essais pseudo-dynamiques afin d'évaluer le comportement dynamique des portiques face à un séisme d'intensité modérée. Les structures ont été instrumentées en utilisant de la fibre optique, des capteurs de déplacement et de force ainsi que des vélocimètres et de la corrélation d'image. D'autre part, le modèle numérique en poutres multifibres qui a été développé pour les portiques et qui permet de suivre l'évolution de leur endommagement au jeune âge et de déterminer leur réponse lorsqu'ils sont soumis à un accident sismique est présenté. Dans ce modèle numérique, le retrait et les déformations thermiques du béton sont calculés avant d'être réinjectés dans un modèle d'endommagement couplé permettant de tenir compte des effets de fluage et de déformations mécaniques. Le modèle numérique a été validé en comparant ses résultats à ceux obtenus expérimentalement, ce qui a permis d'évaluer l'évolution de fréquences propres des deux types de structures au jeune âge ainsi que de quantifier leur différence de comportement dans le domaine non-linéaire. Les travaux menés dans le cadre de cette thèse ont donc permis de proposer un modèle complet pour les structures en béton armé qui peut être utilisé afin de suivre l'évolution de leur endommagement allant de leur réalisation à l'application d'un accident sismique et de quantifier leur vulnérabilité sismique.

Reinforced Concrete (RC) structures get damaged over time due to many factors: thermal conditions, chemical attacks, shrinkage, creep, carbonation, corrosion, etc. This damaging process starts at early-age and continues with structure aging. Early age damage can have a significant impact on the dynamic behavior of reinforced concrete structures. In fact, the natural frequency of a structure, which is a design parameter can be highly reduced due to this damage. In order to quantify the impact of early-age damage (0 to 28 days) on the seismic response of a reinforced concrete structure, this thesis combined both numerical modeling and pseudo-dynamic tests on two types of RC portal frames. The first one was kept in endogenous conditions (water exchange with the surrounding environment was prevented) during its early age period in a way to limit drying effects leading to cracks. As for the second one, it was kept in non-endogenous conditions (possibility of water exchange with the surrounding environment) similar to construction site conditions, which induced an initial damage (cracks apparition) due to a more important drying shrinkage. Both types of RC portal frames were subjected after their early age period to the same seismic loading using pseudodynamic tests. On the one hand, this manuscript presents the experimental results obtained through the use of pseudodynamic tests in order to evaluate the behavior of the two types of RC structures under a moderate intensity earthquake. The structures were instrumented using optical fiber sensors, displacement and load sensors, velocimeters and monitored using Digital Image Correlation. On the other hand, the enhanced multifiber beam model that was developed for the portal frames in order to follow their early age damage and to determine their static and dynamic behavior while accounting for their early age effects is presented. In this numerical model, shrinkage and concrete thermal deformations are calculated and then introduced as inputs of a coupled damage model accounting for creep and mechanical deformations. Such model was validated by comparing its results to the ones obtained experimentally, which made it possible to evaluate the evolution of frequency content of the two types of structures during early age and to quantify their difference of behavior in the non-linear domain. Work conducted within this thesis thus allowed proposing a complete model for reinforced concrete structures that can be used in order to follow their damage evolution from casting until being subjected to a seismic load and to quantify their seismic vulnerability.