Prise en compte des contraintes et déformations initiales dans la fissuration et la rupture des structures en béton par une approche Eléments Discrets

par Nicolas Chan

Projet de thèse en Génie civil

Sous la direction de Frédéric Ragueneau et de Farid Benboudjema.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences (Cachan, Val-de-Marne ; 2015-....) , en partenariat avec LMT - Laboratoire de mécanique et de technologie (laboratoire) et de École normale supérieure Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 02-10-2017 .


  • Résumé

    Dans le cas de structures en béton armé, il est reconnu que la prédiction de leur durabilité est fortement liée à la qualité de prédiction des dégradations dues à la fissuration. Or, la fissuration du béton a des conséquences différentes en fonction de l'échelle d'observation. A l'échelle microscopique, la perméabilité est directement liée aux caractéristiques des fissures comme leur espacement, leur longueur, leur ouverture ou leur tortuosité. A l'échelle macroscopique, la dégradation du matériau impacte la raideur, la distribution des efforts et la capacité portante. Il est donc important d'utiliser des modèles adaptés à l'échelle d'observation pour représenter correctement la fissuration du béton. Des avancées importantes ont récemment été effectuées dans le développement d'un modèle particulaire lattice. Les mécanismes non-linéaires liés à la dégradation du béton – comme la fissuration et le contact frottant – ont été introduits. Ainsi, ce modèle permet de simuler le comportement des matériaux quasi-fragiles sous chargements multi-axiaux et cycliques. Ce modèle microscopique a été validé en tant qu'outil d'expérimentation numérique, et exploité afin d'établir les équations constitutives d'un modèle macroscopique fondées sur les théories de l'endommagement et de la plasticité. Il s'avère aujourd'hui nécessaire d'enrichir ces approches par la prise en compte des effets thermo-hydro-mécaniques liés à l'hydratation et au séchage du béton induisant un état de contrainte et de fissuration préalable à la survenue de tout chargement mécanique.

  • Titre traduit

    Initial stresses and strains regarding cracking and rupture of concrete samples using the discrete element method


  • Résumé

    It is well-known that the prediction of the durability of reinforced concrete structures is strongly correlated to the prediction of the degradations caused by cracking. But cracks have different impacts at different observation scales. At the microscopic scale, permeability is directly correlated to the cracks' characteristics such as their spacing, length, opening or tortuosity. At the macroscopic scale, the degradation of concrete influences the stiffness, the load distribution and the bearing capacity. Therefore, it is crucial to use models adapted to the observation scale in order to correctly represent the cracking of concrete. Recently, some major advances have been made in the development of a beam-particle approach. Non-linear mechanisms due to concrete degradation – such as cracking and frictional sliding – have been introduced. Thus, this beam-particle model allows us to simulate the behaviour of quasi-brittle materials under multi-axial and cyclic loadings. This microscopic model has been validated as a virtual testing tool and used to establish equations of a macroscopic model, on the basis of damage and plasticity theories. It is now necessary to enrich those approaches in order to take into account the thermo-hydro-mechanical effects due to the hydratation and drying of concrete. Indeed they lead to cracking and internal stresses which must taken into account prior to any external load.