Modélisation par éléments discrets du comportement des matériaux cimentaires sous impact sévère : prise en compte du taux de saturation

Discrete element modeling of cementitious materials under severe impact : consideration of the saturation ratio

• Auteur / Autrice : Hicham Benniou
• Direction : Yann Malécot, Laurent Daudeville
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, mécanique, génie civil, électrochimie
• Date : Soutenance le 30/09/2016
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Sols, solides, structures - risques (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Fabrice Gatuingt
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Matthieu Briffaut, Sergueï Potapov
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Yves Delenne, Fabrice Bernard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Méthode des éléments discrets

Contraintes (mécanique)

Simulation, Méthodes de

Construction en béton

Modèles mathématiques

Béton

Mots clés libres

Modélisation

Matériaux cimentaires

Impact

Eau libre

Saturation

Éléments discrets

Modeling

Cementitious materials

Impact

Free water

Saturation

Discrete elements

Résumé

Ce travail de thèse concerne la modélisation du béton et des ouvrages en béton soumis à des sollicitations allant du quasi statique à la dynamique rapide, tout en prenant en compte de la présence d'eau libre dans les pores du béton. L'objectif est la mise au point d'un outil prévisionnel de simulation capable de décrire le comportement du béton et des structures en béton, en tenant compte des effets du taux de saturation. Le choix des Éléments Discrets pour cette modélisation est justifié par les phénomènes discontinus qui apparaissent dans le béton, tel que la fissuration, la fragmentation ou l'écaillage. Les Éléments Discrets permettent de reproduire de manière fiable et efficace le comportement discontinu local ainsi que la réponse globale de la structure.La première partie de ce travail concerne la simulation d'essais quasi-statiques sous sollicitations uniaxiales et triaxiales fortement confinées, avec la prise en compte du phénomène de compaction. Les effets de l'eau libre contenue dans les porosités sont pris en compte par l'introduction d'une dépendance entre le taux de saturation en eau et la déformation inélastique. La procédure d’identification des paramètres du modèle est présentée. Enfin, le modèle est validé en reproduisant le comportement quasi-statique du béton par différents essais. La deuxième partie de ce travail est consacrée au comportement dynamique du béton. L'objectif est d'étendre la validation du modèle en simulant des essais d'impacts. Les effets de vitesse sont pris en comptes et des simulations d'impact sur des dalles en béton de différentes épaisseurs sont effectuées. Les résultats obtenus sont en bonne concordance avec les résultats expérimentaux.

This thesis concerns the modeling of concrete and concrete structures subjected to stresses ranging from quasi-static to dynamic loading, taking into account the presence of free water in pores. The objective is the development of a predictive simulation tool capable of describing the behavior of concrete and concrete structures, taking into account the effects of saturation ratio. The choice of discrete elements for modeling is justified by the discontinuous phenomena that appear in the concrete, such as cracking, fragmentation, spalling and scabbing. Discrete Elements can reproduce reliably and efficiently the local discontinuous behavior and the overall response of the structure.The first part of this work concerns the simulation of quasi-static tests under uniaxial and highly confined triaxial loadings, taking into account the compaction phenomenon. The effects of the free water contained in the pores are taken into account by introducing a dependency between the water saturation level and the inelastic deformation. The identification process of the model parameters is presented. Finally, the model is validated by reproducing the quasi-static behavior of concrete in different tests.The second part of this work concerns the dynamic behavior of concrete. The aim is to extend the validation of the model by simulating impact tests on concrete slabs of different thickness. The dynamic effects are taken into account and impact simulations on concrete slabs of different thickness are made. The results are in good agreement with experimental results.