Etude de la fissuration au jeune âge des structures massives en béton : influence de la vitesse de refroidissement, des reprises de bétonnage et des armatures

Study of the early age cracking of concrete massive structures : effect of the temperature decrease rate, steel reinforcement and construction joints

• Auteur / Autrice : Matthieu Briffaut
• Direction : Jean-Michel Torrenti
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique, génie mécanique, génie civil
• Date : Soutenance le 22/10/2010
• Etablissement(s) : Cachan, Ecole normale supérieure
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pratiques (1998-2015 ; Cachan, Val-de-Marne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Mécanique et Technologie
• Jury : Président / Présidente : Fekri Meftah
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Geert De Schutter, Farid Benboudjema, Georges Nahas
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ahmed Loukili, Alain Sellier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus)

Matériaux -- Fluage

Béton -- Fissuration

Mots clés libres

Jeune âge

Béton

Fissuration

Retrait gêné

Essai à l'anneau

Reprises de bétonnage

Concrete -- Cracking

Materials -- Creep

Continuum damage mechanics

Résumé

Lors de leur construction, les structures massives (ex. les enceintes de confinement des centrales nucléaires) sont soumises à des déformations dues à l’hydratation du béton. En effet, d’une part la réaction chimique du ciment avec l’eau est exothermique et thermo activée, ce qui induit des déformations de dilatation puis de contraction. D’autre part une dépression capillaire étant créée par la consommation d’eau due à l’hydratation du ciment, des déformations de contraction se produisent. Lorsqu’elles sont empêchées par la partie de la structure déjà construite, ces déformations volumiques induisent des contraintes de compression puis de traction pouvant causer une fissuration traversante augmentant alors sensiblement la perméabilité du béton. Mon travail de thèse a consisté à caractériser le comportement au jeune âge du matériau que l’on utilise (basé sur la formulation utilisée lors de la construction d’une enceinte) puis à mettre au point un essai permettant d’étudier la fissuration d’une éprouvette de béton soumise à des déformations empêchées lors de son durcissement. Ce nouvel essai est en fait une évolution de l’essai à l’anneau de retrait gêné permettant de prendre également en compte les déformations d’origine thermique. Les essais de caractérisation concernent essentiellement, d’un point de vue macroscopique, le retrait (endogène et thermique), le fluage (propre et thermique transitoire) et l’évolution des caractéristiques mécaniques (résistance à la compression, à la traction et module d’élasticité). La campagne d’essais réalisée avec ce nouveau dispositif, appelé essai à l’anneau thermique actif, et l’analyse numérique de ces essais par des simulations aux éléments finis (basées sur un modèle viscoélastique endommageable introduisant un couplage entre le fluage et l’endommagement) a permis d’évaluer ce couplage, d’identifier la diminution de résistance en traction due à une reprise de bétonnage et de quantifier l’effet des armatures sur le comportement du béton. Des mesures de transfert d’air sec à travers une éprouvette fissurée ont également été réalisées sur ce dispositif. Finalement, des simulations numériques d’ouvrages massifs ont mis en exergue l’influence des conditions de restriction du retrait sur le faciès d’endommagement et l’influence du couplage fluage fissuration sur le calcul des ouvertures de fissures.

At early-age, massive concrete structures (ex. nuclear power plant) are submitted to strains due to the hydration reaction. If they are restrained, crossing cracks can occurs. This cracking may increase significantly the concrete wall permeability. The objectives of this work was to characterize the early age concrete behavior (thermal and endogenous shrinkage, basic and thermal transient creep, mechanical characteristic evolution) as well as develop a new device to study the early age cracking of a concrete structure submitted to restrained shrinkage.The experimental campaign achieved with this new device (called thermal active ring test) and the numerical analysis of the test thanks to finite element simulations allows us to evaluate the coupling betwwen creep and damage, to identify the tensile strength decrease due to construction joints and to quantify the effect of reinforcement on the concrete behaviour. Moreover, with this device, permeability measurements have been performed on a cracked specimen. Finally, numerical simulations of massive structures highlight the influence of boundary conditions for restrained shrinkage and the influence of the coupling between creep and damage on the damage pattern.