Couplage CND et modèles mécaniques pour le diagnostic des ouvrages en BA

par Wafaa Abdallah

Projet de thèse en Mécanique

Sous la direction de Sidi Mohammed Elachachi, Marwan Sadek et de Jacqueline Saliba.

Thèses en préparation à Bordeaux en cotutelle avec l'Université libanaise , dans le cadre de Sciences Physiques et de l'Ingénieur , en partenariat avec I2M Institut de Mécanique et d'Ingénierie (laboratoire) depuis le 20-02-2018 .


  • Résumé

    Le béton est un matériau complexe et fortement hétérogène, constitué principalement de trois phases : granulats, matrice cimentaire et une zone de transition située à l'interface pâte granulats. Différents modèles numériques ont été développés dans la littérature afin de décrire le comportement thermo-hydro-mécanique du béton en considérant différentes échelles d'observation. Les méthodes de contrôle non destructif (CND) sont essentielles pour estimer les propriétés du béton (mécaniques ou physiques) et leur variabilité spatiale. Elles constituent également un outil pertinent pour réduire le budget d'auscultation d'un ouvrage courant de Génie civil. La modélisation à l'échelle mésoscopique est confrontée au jour d'aujourd'hui à divers types de difficultés (verrous) associables au degré d'hétérogénéité (modélisation des granulats de faibles diamètres,…) et à la modélisation -ou non- de la zone de transition (zone de faible épaisseur et dont les propriétés mécaniques sont inaccessibles expérimentalement). De plus, même si l'effet de la distribution aléatoire des granulats peut être intégré, les simulations numériques conventionnelles adoptent une approche déterministe de prédiction du comportement des matériaux cimentaires en considérant des paramètres d'entrée constants et des conditions aux limites statiques, sans prendre en compte la variabilité aux différentes échelles (matériau, élément de structure voire structure complète). L'intérêt de proposer une méthodologie permettant de prendre en compte précisément les différentes incertitudes (de mesure, de modèle,…) et la variabilité intrinsèque des propriétés du matériau dans le cadre d'une analyse de durabilité des constructions, est manifeste. L'objectif principal de cette thèse est de coupler les techniques de CND, pleinement maitrisées au sein du département GCE d'I2M (émission acoustique, …) à des modèles macro- ou méso- de comportement du matériau béton tout en se plaçant dans le cadre d'un formalisme probabiliste (stochastique) pour consolider la performance de modèles numériques existants et optimiser, quelque part, les techniques d'inspection participant à cette consolidation de modèles Le programme de recherche est décomposé en deux parties. Dans un premier temps, une étude expérimentale est proposée qui par le biais du CND, permettra de caractériser de et quantifier la variabilité de diverses propriétés mécaniques/physiques du béton (module d'Young, résistance en compression et en traction/flexion, porosité, vitesse de propagation…). L'effet par exemple de la distribution granulaire et du diamètre maximal des granulats sera ainsi abordé (émission acoustique, traitement d'images…). Dans un second temps, et en se basant sur ses données expérimentales, le comportement du béton sera modélisé à l'échelle méso- ou macro en faisant appel à un modèle d'endommagement élasto-plastique. La variabilité des propriétés mécaniques des constituants sera considérée en générant des champs aléatoires en lien avec la variabilité spatiale) et en prenant en compte toutes les sources possibles d'incertitudes. Le programme que l'on s'est fixé peut être réalisé sur une durée de 36 mois.

  • Titre traduit

    CND coupling and mechanical models for the diagnosis of works in RC


  • Résumé

    Concrete is a complex and highly heterogeneous material, consisting mainly of three phases: aggregates, cement matrix and a transition zone located at the granulate paste interface. Various numerical models have been developed in the literature to describe the thermo-hydro-mechanical behavior of concrete considering different scales of observation. Non-destructive testing (NDT) methods are essential for estimating the properties of concrete (mechanical or physical) and their spatial variability. They are also a relevant tool for reducing the budget for the examination of a current civil engineering work. Mesoscopic modeling is confronted today with various types of difficulties (locks) associated with the degree of heterogeneity (modeling of small diameter aggregates, ...) and with modeling - or non-modeling of transition zone (zone of small thickness and whose mechanical properties are inaccessible experimentally). Moreover, even if the effect of the random distribution of aggregates can be integrated, conventional numerical simulations adopt a deterministic approach to predict the behavior of cementitious materials by considering constant input parameters and static boundary conditions, without taking the variability at different scales (material, structural element or complete structure). The interest of proposing a methodology allowing to take into account precisely the different uncertainties (of measurement, of model, ...) and the intrinsic variability of the properties of the material within the framework of a durability analysis of the constructions, is manifest. The main objective of this thesis is to combine CND techniques, fully mastered within the GCE department of I2M (acoustic emission, ...) to models of macro- or meso- behavior of concrete material while placing in the framework of a probabilistic (stochastic) formalism to consolidate the performance of existing numerical models and to optimize, somewhere, the inspection techniques involved in this consolidation of models. The research program is broken down into two parts. As a first step, an experimental study is proposed that through the CND, will characterize and quantify the variability of various mechanical / physical properties of concrete (Young's modulus, compressive and tensile / flexural strength, porosity, velocity of propagation ...). For example, the effect of the granular distribution and the maximum diameter of aggregates will be addressed (acoustic emission, image processing, etc.). In a second step, and based on his experimental data, the behavior of concrete will be modeled at the meso- or macro scale using a model of elastoplastic damage. The variability of the mechanical properties of the constituents will be considered by generating random fields in relation to the spatial variability) and by taking into account all the possible sources of uncertainties.