Etude de la perforation par percussion de bétons : approche expérimentale et numérique
Auteur / Autrice : | Frank Braymand |
Direction : | Jean-François Jullien |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Sciences des matériaux |
Date : | Soutenance en 1996 |
Etablissement(s) : | Lyon, INSA |
Ecole(s) doctorale(s) : | Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne2011-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : URGC-LBS - Bétons et Structures (Lyon, INSA1987-1995) |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Résumé
L'utilisation d'un perforateur électropneumatique portatif pour la perforation par percussion de bétons est une technologie très répandue. Cependant, les fondements théoriques nécessaires pour aborder la propagation d'ondes et la fragmentation du béton, peuvent être très complexes et parfois méconnus du milieu industriel. La tête du foret (plaquette carbure), soumise à un chargement transitoire, se comporte comme un poinçon qui pénètre le béton, provoquant broyage et fragmentation. Le calcul du rendement du travail mécanique dissipé dans la pénétration par rapport à l'énergie cinétique initiale de l'enclume, permet de quantifier l'efficacité de la perforation. Par notre approche expérimentale, nous avons montré qu'un rendement de 60 à 80 % est atteint en pratique avec les matériels étudiés, et pour des bétons de compositions différentes. Environ 70 % du travail total est développé durant le second aller-retour des ondes dans le foret. Nous avons montré que ces cycles de dissipation d'énergie se traduisent physiquement par une phase de broyage du béton et des débris de percement immédiatement sous la pointe de l'outil, suivie d'une phase de 'cratérisation', correspondant à la rupture fragile de la surface du matériau. La prise en compte de cette rupture fragile complique singulièrement les simulations de propagation d'ondes dans le foret par la nécessité d'utiliser des modèles de conditions limites spécifiques, et qui ne sont pas encore aujourd'hui parfaitement adaptés à cette phénoménologie. Toutefois, nous avons fait la démonstration de l'opportunité de ces simulations pour optimiser la géométrie de l'enclume et du foret en maximisant le rendement énergétique. Pour finir, nous avons initié une démarche de modélisation de la pénétration dynamique de la plaquette carbure dans le béton, avec un code de calcul basé sur la méthode élément fini explicite. Suite aux résultats obtenus, nous avons suggéré des perspectives de développement du code de calcul, et plus particulièrement, des lois de comportement du matériau béton.