Etude du comportement thermomécanique des bétons à haute température. : Approche multi échelles de l'endommagement thermique.

par Abdellah Menou

Thèse de doctorat en Mécanique des solides

Sous la direction de Christian La Borderie.

Soutenue en 2004

à Pau .

mots clés

• Béton -- Effets de la température
• Simulation, Méthodes de -- Effets de la température
• Béton -- Dilatation et retrait

Résumé

Ce travail s'inscrit dans le cadre de l'étude de la durabilité des ouvrages en béton en cas d'incendie. Les objectifs de la présente recherche concernent l'étude des mécanismes élémentaires conduisant à la dégradation des bétons sous l'effet de la température. La démarche adoptée consiste à découpler l'endommagement thermique d'origine mécanique (accompagné des déformations) et qui a lieu aux échelles macroscopiques et microscopiques de l'endommagement thermique d'origine physico-chimique (non accompagné de déformations). L'approche est basée sur l'exploitation simultanée du modèle multiphasique Béton numérique (BN) et du modèle d'endommagement déviatorique (MODEV), implantés dans le code de calcul aux E. F. SYMPHONIE. Une étude expérimentale a été réalisée afin d'alimenter et de valider le modèle d'endommagement thermique. Des essais de flexion trois points sur cinq matériaux ont été effectués sur des éprouvettes ayant subi au préalable un cycle de chauffage-refroidissement. Ces essais ont permis d'identifier ces paramètres du modèle et d'effectuer par la suite une validation globale. Ceci est effectué en simulant les différents essais réalisés dans le cadre de la présente recherche. L'approche a permis de proposer une approche originale permettant l'identification par simulation des lois de comportement des bétons à hautes températures. Cette approche a été également appliquées avec succès pour donner une explication physique à des observations expérimentales du comportement thermomécanique du béton sous chargement mécanique, appelé "fluage thermique transitoire". Enfin , une application aux bétons réfractaires soumis à de très hautes températures a été réalisée.

Titre traduit

Concrete behaviour at hight temperature. Multi-scale approach of Thermal damage.

Résumé

This research work deals within the framework of the study of durability when subjected ti hight temperature in case of fire. The aim of this study is to identify the elementary mechanisms leading the degradation of concretes at hight temperature. Adopted step consists to uncoupling the thermal damage, of mechanical origin (accompanied with deformations) and which takes place in the macrocospic and tiny scale, of the thermal damage of physical and chemical origin (not accompanied with deformations) and which is due mainly to the physical and chemical alterations in material. This approach is based on the exploitation of two different models ; the "Digital Concrete" microscopic model and the macroscopic damage deviatoric model MODEV, both implemented in the F. E. Software SYMPHONIE. Concurrently, an experimental study was achieved in order to feed and to validatez the "Digital Concrete" model. The evolution of mechanical characteristics of concrete was studied using multi-scale approach and three point bending tests were performed on five cementeous materials. Multi-scales approach of the model "Digital Concrete" allowed to find by simulation the experimental warmly behaviour. This approach allowed to put in evidence the existence of the micromechanical deformation and to propose an original approach allowing identification by simulation the laws concretes behaviour at hight temperatures. This approach was also applied successfully to explain the thermoapplication refractory concrete subjected to very hight temperatures was also realized.