Dissertations / Theses on the topic 'Béton armé – Fluage'

Les déformations différées du béton, en particulier dues au fluage, peuvent avoir des conséquences préjudiciables dans les structures précontraintes. Or, les déformations observées sur les structures réelles sont souvent nettement plus importantes que les valeurs prévues. Dans le cadre de cette étude, une importante base de données expérimentales a été constituée. Une première partie du travail consiste à examiner la précision de certains codes de calcul du fluage : BPEL, CEB 78, CEB 90 et EUROCODE 2, en confrontant les résultats théoriques et expérimentaux. Pour tous ces codes, et dans la plupart des cas, la déformation de fluage est sous-estimée. A long terme, l'erreur peut atteindre parfois les 300%. C'est pourquoi, et à partir de la base de données, un nouveau modèle de calcul du fluage, le MPF, a été développé et permet d'obtenir des résultats très satisfaisants. . Dans le but d'effectuer une étude fiabiliste des codes de calcul mentionnés ci-dessus, et à partir d'une étude de sensibilité, des modèles probabilistes sont proposés pour les variables prépondérantes. Pour un élément comprimé de référence, une étude de fiabilité est alors effectuée pour évaluer l'influence des variabilités dans les modèles de fluage. Cette analyse confirme les résultats déterministes obtenus quant aux raisons de la mauvaise qualité des résultats donnés par les codes. L'approche fiabiliste est ensuite appliquée sur le cas du pont de Cheviré en France, où les flèches mesurées en extrémité des consoles, atteignent des valeurs excessives, dépassant de loin les valeurs prédites par le BPEL. Un couplage entre le logiciel de calcul des structures ST1 et le logiciel de calcul fiabiliste PHIMECA a été effectué. Cette étude montre le rôle de chacun des paramètres et permet d'expliquer en partie les écarts constatés entre les prédictions et la réalité. Elle montre également que l'Eurocode donne les meilleurs résultats, en comparaison avec les autres codes. Cette analyse est complétée pat une étude paramètrique sur le module d'élasticité du béton aisni que sur la contribution des granulats. L'approche du problème sous l'angle fiabiliste montre l'intérêt de cet outil et permet au concepteur de tenir compte de l'incertitude des codes de calcul dans la prédiction des déformations de fluage.

Ce travail a deux objectifs principaux, d'une part de caractériser finement la fissuration des éprouvettes en béton renforcées par composites soumises à des essais de traction, d'autre part d'étudier le fluage de poutres renforcées sollicitées en flexion. Une méthode optique de mesure sans contact basée sur la corrélation d'images a été utilisée pour caractériser la fissuration d'éprouvettes renforcées et réparées. Les résultats expérimentaux obtenus ont été confrontés avec un modèle analytique de prédiction d'ouverture de fissures et des simulations par éléments finis. Un modèle de comportement vis-à-vis du fluage de poutres renforcées par composites a été développé dans une deuxième partie avec une approche incrémentale. Ce modèle permet d'estimer l'état de contrainte ou l'état cinématique au cours du temps, avec prise en compte d'un phasage éventuel. Des essais de relaxation en flexion trois points ont permis de s'assurer de la pertinence de l'approche proposée

On développe dans ce travail un modèle de comportement pour le béton armé conçu pour le calcul des structures pour éléments finis dans le cadre de comportement à court terme et sans effets dynamiques. Le comportement du béton entre fissures est modélisé par une formulation élastoplastique avec paramètres multiples d'écrouissage. La fissuration est introduite au moyen de la formulation distribuée avec un diagramme de radoucissement qui tient compte de l'énergie de rupture et la géométrie de l'élément fini. On obtient ainsi l'objectivité des résultats vis-à-vis du maillage d'éléments fini. On incorpore à cette formulation l'effet de l'armature; on propose un modèle pour le comportement du béton armé: 1) la liaison de l'armature avec le béton armé fissuré incorpore l'effet dit tension stiffening; 2) on considère l'effet du glissement acier béton : l'énergie consommée par ce processus est considérée de façon conjointe avec l'énergie de rupture en traction dans le diagramme du radoucissement; 3) le modèle considère aussi l'effet de goujon et peut inclure n'importe quelle loi d'engrènement pour la fissure; 4) le modèle permet un nombre quelconque de directions de fissures et de couches d'armature. Finalement on montre les bonnes performances du modèle par comparaison de leurs résultats avec les données expérimentales sur structures planes en béton armé.

Plusieurs techniques de réhabilitation des ouvrages en béton armé ont été mises au point au cours de la dernière décennie dans le but de préserver les infrastructures patrimoniales. Parmi ces nouvelles techniques, il y a celle du remplacement partiel du béton détérioré par un nouveau béton à base de béton conventionnel (ou encore de béton autoplaçant), ou encore la technique de réhabilitation, qui consiste à envelopper la colonne de béton avec des feuilles de polymères renforcés de fibres. Cette technique de confinement conduit à l'augmentation de la capacité portante des colonnes en limitant l'ouverture des fissures. Ce mémoire rapporte les résultats tirés de l'évaluation de la performance à long terme de bétons confinés à l'aide de polymères renforcés de fibres. Une attention plus particulière est également portée à la mise au point d'un système sécuritaire et efficace utilisé pour mesurer les déformations encourues lors d'essais de fluage, tout en déterminant les premières lignes directrices concernant les règles de conception, à savoir quelles charges permanentes peuvent être soutenues sans entraîner une rupture par fluage. L'influence des différents paramètres et combinaisons de paramètres y est également étudiée. Ce mémoire rapporte aussi les résultats d'une étude comparative de la résistance à l'adhérence et la résistance en compression de différents types de réparations, ainsi qu'une étude sur le comportement à jeune âge des BAP soumis au fluage.

Le but de cette recherche consiste en l'élaboration d'un modèle Eléments Finis pour l'analyse des structures en béton armé sous sollicitations thermiques et mécaniques combinées. Une synthèse des résultats disponibles sur le comportement du béton sous sollicitations thermiques et mécaniques est exposée. Les différents comportements du béton qui peuvent être rencontrés et notamment en analyse thermomécanique sont soulignés (Endommagement, phénomène unilatéral, interaction thermo-mécanique,. . . ). Les diverses familles de modélisation sont par la suite analysées en soulignant les aspects importants du comportement que chacune peut reproduire. Un nouveau modèle thermo-plastique endommageable est alors développé, permettant de rendre compte des divers phénomènes recensés lors de la synthèse. Ce modèle est construit dans le cadre de la thermodynamique des processus irréversibles et plus particulièrement sur la thermo-plasticité couplée à l'endommagement. Un couplage entre le niveau d'écrouissage atteint et l'endommagement est proposé. Deux variables d'endommagement scalaires y sont introduites. Une première variable permet la modélisation des effets du chargement mécanique et la seconde sert à représenter les effets du chargement thermique. Les relations constitutives de la réponse thermo-élasto-plastique sont découplées de celles de la réponse endommagée en utilisant le cocnept de la contrainte effective. Cette méthode confère une souplesse dans l'implémentation numérique. En complément à ces développements, un procédé simple est mis en place pour la gestion de la refermeture des fissures lors d'un chargement cyclique. Un critère de plasticité, adapté à la description des surfaces de rupture du béton sous hautes température, est alors repris et enrichi pour une meilleure modélisation du béton<br>The aim of this research is the development of an Finite Element model for the analysis of reinforced concrete structures under thermal, mechanical loadings or any combination of them. An available synthesis of results on the concrete behavior under thermal solicitation is exposed. The different behavior of concrete that can be founded notably in thermo-mechanical analysis (Damage, unilateral phenomenon, thermo-mechanical interaction) are underlined. The various families of modeling are analyzed thereafter while underlining the important aspects of the behavior that each one can retranscribe. A new thermo-plastic damage model for plain concrete subjected to combined thermal and cyclic loading is developed using the concept of plastic-work-hardening and stiffness degradation in continuum damage mechanics. Two damage variables are used: the first one for mechanical action and the second one for thermal action. Further, thermo-mechanical interaction strains have been introduced to describe the influence of mech

Le phénomène de fluage, qui est défini comme la déformation dessous une charge constante, a un effet à long terme sur la déformation des structures en béton armé. Récentes recherches montrent que la déformabilité de structures en béton armé du au fluage après quelques décades est largement sous-estimée par les normes. Plusieurs recherchent montrent que le fluage à long terme du béton suit une loi logarithmique dans le temps. Le fluage du béton provient de la microstructure du silicate de calcium (C-S-H) hydratée. Bien que de nombreux travaux expérimentaux et théoriques aient été réalisés, les mécanismes de fluage du C-S-H demeurent mal connus. Parmi les facteurs qui influent sur le comportement au fluage du CS- H, l’humidité relative (HR) est le principal. En fait, la teneur en eau dans les microspores joue un rôle important dans la rigidité, la résistance et la viscosité de la microstructure C-SH. La technique d'indentation permet de caractériser les propriétés mécaniques de la pâte de ciment à l'échelle microscopique et nanométrique à laquelle les mécanismes de fluage agissent. Par rapport aux expériences de fluage traditionnelles qui durent des mois et des années, le test d'indentation présente l'avantage d'évaluer les propriétés de fluage des matériaux à base de ciment en quelques minutes. De plus, il est plus facile pour l’échantillon d’atteindre l’équilibre humidité en raison du petit volume sondé. Pour extraire correctement les propriétés de fluage, la première étape consiste à établir une méthode d’essai d'indentation viscoélastique. Pour cette étude, la microindentation viscoélastique est analysée respectivement par une pointe sphérique et une pointe de Berkovich. Les propriétés de fluage à long terme sont bien décrites par le paramètre module de fluage de contact (C) de la complaisance au fluage logarithmique. Les propriétés mécaniques de structures C-S-H semblables à celles de Jennite et de Tobermorite à 1.4 nm sont ensuite caractérisées par une microindentation à différents niveaux d’HR. À différents niveaux d’HR, le comportement de fluage et de relaxation des C-S-H est étudié par la nanoindentation statistique sur une pâte de ciment. Le rôle de l'eau sur le comportement au fluage de C-S-H est réexaminé. De nouvelles découvertes concernant le mécanisme de fluage de C-S-H sont présentées et discutées.<br>Le phénomène de fluage, qui est défini comme la déformation dessous une charge constante, a un effet à long terme sur la déformation des structures en béton armé. Récentes recherches montrent que la déformabilité de structures en béton armé du au fluage après quelques décades est largement sous-estimée par les normes. Plusieurs recherchent montrent que le fluage à long terme du béton suit une loi logarithmique dans le temps. Le fluage du béton provient de la microstructure du silicate de calcium (C-S-H) hydratée. Bien que de nombreux travaux expérimentaux et théoriques aient été réalisés, les mécanismes de fluage du C-S-H demeurent mal connus. Parmi les facteurs qui influent sur le comportement au fluage du CS- H, l’humidité relative (HR) est le principal. En fait, la teneur en eau dans les microspores joue un rôle important dans la rigidité, la résistance et la viscosité de la microstructure C-SH. La technique d'indentation permet de caractériser les propriétés mécaniques de la pâte de ciment à l'échelle microscopique et nanométrique à laquelle les mécanismes de fluage agissent. Par rapport aux expériences de fluage traditionnelles qui durent des mois et des années, le test d'indentation présente l'avantage d'évaluer les propriétés de fluage des matériaux à base de ciment en quelques minutes. De plus, il est plus facile pour l’échantillon d’atteindre l’équilibre humidité en raison du petit volume sondé. Pour extraire correctement les propriétés de fluage, la première étape consiste à établir une méthode d’essai d'indentation viscoélastique. Pour cette étude, la microindentation viscoélastique est analysée respectivement par une pointe sphérique et une pointe de Berkovich. Les propriétés de fluage à long terme sont bien décrites par le paramètre module de fluage de contact (C) de la complaisance au fluage logarithmique. Les propriétés mécaniques de structures C-S-H semblables à celles de Jennite et de Tobermorite à 1.4 nm sont ensuite caractérisées par une microindentation à différents niveaux d’HR. À différents niveaux d’HR, le comportement de fluage et de relaxation des C-S-H est étudié par la nanoindentation statistique sur une pâte de ciment. Le rôle de l'eau sur le comportement au fluage de C-S-H est réexaminé. De nouvelles découvertes concernant le mécanisme de fluage de C-S-H sont présentées et discutées.<br>The phenomenon of creep has a long-term effect on the durability of the concrete structures. It has been widely agreed that concrete creep originates from the microstructure of calciumsilicate- hydrates (C-S-H). Being a formidable problem, the creep mechanism of C-S-H is still an enigma although numerous experimental and theoretical works have been done. Among the factors affecting the creep behavior of C-S-H, relative humidity (RH) is the primary one. The water content in the micropores plays an important role in the stiffness, the strength, and the viscosity of the microstructure C-S-H. The indentation technique allows characterizing the mechanical properties of the cement paste at the microscale and the nanoscale. Notably, the phenomenon of creep can be observed during the indentation holding phase. Compared with the traditional creep experiments lasting for months and years, indentation testing has the advantage of assessing the creep properties of the cement-based materials in minutes. In addition, it is easier for the specimen to reach the moisture equilibrium because of the small volume probed. To properly extract the creep properties, the first step is to establish the scheme of viscoelastic indentation. For this study, viscoelastic microindentation is analyzed by a spherical and a Berkovich indenter tip, respectively. The long term creep properties are well captured by the parameter of contact creep modulus (C) from logarithmic creep compliance. The mechanical properties of alike C-S-H structures of jennite and 1.4 nm tobermorite are then characterized by microindentation at various levels of RH. At the two levels of RH, the creep and the relaxation behavior of C-S-H is finally investigated by the statistical nanoindentation on a cement paste. The role of the water on the creep behavior of C-S-H is re-examined. The new findings for the creep mechanism of C-S-H are presented and discussed.<br>The phenomenon of creep has a long-term effect on the durability of the concrete structures. It has been widely agreed that concrete creep originates from the microstructure of calciumsilicate- hydrates (C-S-H). Being a formidable problem, the creep mechanism of C-S-H is still an enigma although numerous experimental and theoretical works have been done. Among the factors affecting the creep behavior of C-S-H, relative humidity (RH) is the primary one. The water content in the micropores plays an important role in the stiffness, the strength, and the viscosity of the microstructure C-S-H. The indentation technique allows characterizing the mechanical properties of the cement paste at the microscale and the nanoscale. Notably, the phenomenon of creep can be observed during the indentation holding phase. Compared with the traditional creep experiments lasting for months and years, indentation testing has the advantage of assessing the creep properties of the cement-based materials in minutes. In addition, it is easier for the specimen to reach the moisture equilibrium because of the small volume probed. To properly extract the creep properties, the first step is to establish the scheme of viscoelastic indentation. For this study, viscoelastic microindentation is analyzed by a spherical and a Berkovich indenter tip, respectively. The long term creep properties are well captured by the parameter of contact creep modulus (C) from logarithmic creep compliance. The mechanical properties of alike C-S-H structures of jennite and 1.4 nm tobermorite are then characterized by microindentation at various levels of RH. At the two levels of RH, the creep and the relaxation behavior of C-S-H is finally investigated by the statistical nanoindentation on a cement paste. The role of the water on the creep behavior of C-S-H is re-examined. The new findings for the creep mechanism of C-S-H are presented and discussed.

Pour les structures de génie civil avec un rôle d'étanchéité lors d'un accident grave, la perméabilité structurelle est une question clé. Dans ce contexte, cette thèse porte sur la modélisation numérique du taux de fuite à travers une structure en béton fissurée. Deux approches hydromécaniques dans un cadre continu sont proposés, une entièrement continu et une autre qui nécessite une analyse semi-discrète. L'approche semi-discrète est basée sur une méthode permettant de trouver le chemin de la fissure. Une fois le chemin de la fissure est trouvé, l’ouverture de fissure peut être calculée le long de la surface de la fissure discrétisé par équivalence d’une discontinuité forte. La dernière étape consiste à prescrire la loi de Poiseuille modifié le long de la surface de la fissure pour estimer le taux de fuite tout en imposant un gradient de pression. L'approche entièrement continue peut être appliquée directement dans le sens où aucun suivi de la fissure n’est nécessaire. C’est une combinaison de la perméabilité des endommagements diffus et de la perméabilité de Poiseuille modifiée. Ici, la déformation principale positive est choisie pour conduire la perméabilité de Poiseuille modifiée. Les deux approches proposées sont validées sur une campagne expérimentale de disque béton sec chargé dans un essai de fendage où la perméabilité aux gaz est réalisée. La validation est effectuée sur le taux de fuite dans la direction longitudinale. Les résultats obtenus avec les approches proposées par rapport aux données expérimentales montrent une bonne estimation de la conductivité hydraulique. En outre, l'approche continue est appliquée pour estimer le taux de fuite à travers un élément en béton armé soumis à une charge de traction où la multi-fissuration en mode I se produit (essai tirant). La comparaison avec l'expérience est effectuée sur le taux de fuite dans la direction perpendiculaire à la charge appliquée. Celui-ci montre un bon accord entre les débits estimé et mesuré si le même nombre de fissures est obtenu par le modèle mécanique.Cette thèse porte aussi sur l'effet des chargements thermomécaniques et de fluage sur la conductivité hydraulique du béton. Un système de perméabilité est développé et construit au cours de cette thèse sur la base du programme expérimental. Une campagne expérimentale est effectuée pour étudier l'effet couplé du fluage thermique et / ou mécanique sur la perméabilité à l’air sec du béton. Les propriétés de transfert dans les directions longitudinale et radiale par rapport à l'axe de charge sont étudiées. L’anisotropie de la perméabilité induite par la charge appliquée est analysée. En outre, la détermination de la perméabilité structurelle le long de l'interface acier-béton à différentes charges de cisaillement est encore une question ouverte. Un programme expérimental est réalisé qui porte sur le comportement mécanique du béton armé soumis à un essai de type push-in, ainsi que sur l’analyse de la perméabilité le long de l'interface acier-béton à des niveaux de charge différents. Une première tentative pour simuler le test en utilisant l'approche continue proposée est effectuée.Cette thèse a été l’occasion de réaliser une nouvelle campagne expérimentale, de produire de résultats originaux, d’effectuer de la modélisation numérique et de confronter les 2 approches proposées pour valider les modèles afin de les appliquer à l’échelle structurelle<br>For civil engineering structures with a tightness role during a severe accident, structural permeability is a key issue. In this context, this PhD deals with the numerical modelling of leakage rate through a cracked concrete structure. Two hydro-mechanical models in a continuous framework are proposed, a fully continuous one and another one that requires a semi-discrete analysis. The semi-discrete approach is based on a crack tracking method allowing to find the crack path. Once the crack path is found, the Crack Opening Displacement (COD) can be computed along the discretized crack surface by equivalence with strong discontinuity approach. The final step is to prescribe a modified Poiseuille’s law along the crack surface to estimate the leakage rate while imposing a pressure gradient. The fully continuous approach can be directly applied in a sense that no crack tracking is needed. It is a combination of permeability of diffuse damage and modified Poiseuille’s permeability. Herein, the positive principal strain is chosen to drive the modified Poiseuille’s permeability. The two proposed approaches are validated on an experimental campaign of dry concrete disk loaded in a splitting setup where gas permeability is performed. The validation is performed on the flow rate in the longitudinal direction. The results obtained with the proposed approaches compared to experimental data show a good estimation of the hydraulic conductivity. Furthermore, the fully continuous approach is applied to estimate the flow rate through a reinforced concrete element subjected to tensile loading where multi-cracking in Mode I occurs (tie-beam test). The comparison with the experiment is performed on the flow rate in the perpendicular direction to the applied loading. The latter shows a good agreement between the estimated flow rate and the measured one if the same number of cracks is obtained.This PhD deals as well with the effect of the delayed thermo-mechanical loadings on the hydraulic conductivity of concrete. A permeability system is developed and constructed during this PhD based on the experimental program. An experimental campaign is carried out to study the effect of thermal and/or mechanical creep on dry gas permeability of concrete. Permeabilities in longitudinal and radial directions with respect to load axis are addressed. The loading induced anisotropic permeability is analyzed. Furthermore, the determination of the structural permeability along the steel-concrete interface at different shear loadings is still an open issue. An experimental program is carried out which deals with the mechanical behavior of reinforced concrete subjected to a push-in test, as well as with a permeability analysis along the steel-concrete interface at different load levels. A first attempt to simulate the test using the proposed continuous approach is performed.This thesis was the occasion to conduct a new experimental campaign, to produce original results, to perform numerical modeling and to compare two proposed approaches to validate the models in order to apply them at the structural scale

Ce travail concerne l'utilisation en génie civil de tissus de carbone et de lamelles, constitués de résine époxy renforcée par des fibres de carbone. Le renforcement par composites à base de fibres de carbone présente de nombreux avantages, l'utilisation de ces matériaux dans le domaine de génie civil s'est alors développée peu à peu. (. . . ) Un des objectifs de cette étude a été de créer un modèle de frettage, à partir d'une série d'essais réalisée sur des éprouvettes cylindriques de béton âgé de quelques mois, et qualifié de "jeune âge".

Dans le cadre de la prolongation de la vie et de la démonstration de la sécurité des bâtiments des réacteurs nucléaires suite aux accidents graves de Tchernobyl (en Ukraine, 1986) et Fukushima (au Japon, 2011), le projet " Maitrise du confinement d'une enceinte en accident " (MACENA) soutenu par l'Agence Nationale de la Recherche (ANR) a été lancé depuis 2013. Les campagnes expérimentales et les travaux de modélisation dans ce projet sont basés sur une maquette expérimentale de confinement à l'échelle 1/3 nommée VeRCoRs qui est construite et surveillée par Electricité de France (EDF). Les principaux problèmes liés à l'exploitation à long terme des centrales nucléaires de plus de 50 ans sont le vieillissement du béton et la perte de précontrainte puisque l'enceinte de confinement est en béton précontraint. Ces phénomènes conduisent à un risque de fissurations qui pourraient être déterminant si les conditions induites par l'"Accident de Perte de Réfrigérant Primaire" (APRP) sont maintenues pendant plusieurs semaines. Les caractéristiques des matériaux de construction de l'enceinte de confinement nucléaire peuvent également avoir été modifiées par les chargements avant l'APRP, conduisant éventuellement à une réduction des propriétés mécaniques (fissuration précoce, test de mises en pression, effet du séchage). Les conditions pendant l'APRP, c'est-à-dire l'augmentation de la température et de la pression relative de la vapeur dans l'enceinte, peuvent ensuite faire propager ces fissures. Ainsi, les capacités de confinement dépendent de l'histoire des sollicitations depuis le coulage du béton. Dans ce contexte, cette thèse présente une stratégie de calcul pour considérer l'accumulation de l'endommagement en utilisant un seul modèle mécanique depuis le jeune âge jusqu'à l'APRP, ce modèle est toutefois inclu dans un contexte global de modélisation faisant appel à d'autres modèles multiphysiques destinées à fournir les facteurs influents les plus importants tels que le degré d'hydratation, la température ou l'humidité. Ainsi, plusieurs modèles sont étudiés, améliorés ou testés dans ce travail de thèse : le premier modèle est consacré à la prédiction du degré d'hydratation, de la température, de la teneur en eau et de la porosité du béton au jeune âge, le second permet de suivre l'évolution de la température et de la saturation en eau en condition thermo hydrique ambiante ou proche des conditions APRP. Le modèle mécanique utilise les résultats des deux précédents pour estimer les déformations différées du béton, la relaxation des fils précontraints, et le risque de fissuration. Cette méthodologie d'analyse a été mise au point pour éviter la perte d'information concernant l'état du matériau tout au long de la vie de la structure. Les principaux avantages de la méthodologie sont la possibilité de considérer automatiquement l'accumulation de l'endommagement depuis le jeune âge jusqu'à l'APRP d'une part et d'autre part les améliorations apportées au modèle matériau pour qu'il soit utilisable en conditions APRP, qui améliore la qualité de modélisation, y compris pour le jeune âge<br>In the context of life extension and safety demonstration of nuclear reactor buildings following the severe accidents of Chernobyl (in Ukraine, 1986) and Fukushima (in Japan, 2011), the "Confinement Assessment of a vessel during an Accident" (MACENA) project supported by the French National Research Agency (ANR) has been initiated since 2013. The experimental campaigns and modelling works of this project are based on an experimental containment vessel mock-up at scale 1/3 named VeRCoRs which is constructed and monitored by Electricity of France (EDF). The main issues for long-term operation of nuclear power plants that have more than 50 years old consist of ageing mechanisms in concrete and prestressing losses, as the internal concrete wall is prestressed with steel wires. These phenomena influence the cracking occurrence that can be significant if the "Loss-of-coolant accident" (LOCA) induced conditions are maintained for several weeks. The material characteristics of nuclear containment building can be modified by the loading prior to the LOCA, leading possibly to a reduction of tensile strength (early cracking, pre-operational pressurization test). The loadings during the LOCA i.e. increase of temperature and vapour relative pressure can then propagate the cracks. Thus, the material properties depend on the solicitation history since the concrete pouring In that context, this PhD thesis introduces a computational strategy adopted to consider the damage accumulation using a single mechanical model from the early age until the LOCA. Considering the effect of chemo-physical of the concrete on the response of this mechanical model along the life of the structure requires the preliminary prediction of the evolution of chemical, thermal and hydric state from casting to later ages, including the LOCA. Several multiphysics models are studied, improved or tested in this thesis work: the first model is devoted to predicting the hydration degree, temperature, water content and porosity of concrete at an early age; the second allows to follow the evolution of temperature and water saturation for later ages (ageing period and effects of the LOCA conditions on the thermal and hydric state of concrete). The mechanical model uses the results of the two previous ones to estimate the delayed deformations of concrete, the relaxation of prestressing wires, and the risk of cracking. This methodology was developed to avoid the loss of information relative to material state throughout the life of the structure. The main advantages of the methodology are the possibility to consider automatically the accumulation of damage until the LOCA on the one hand and on the other hand the improvements made to the material model to be used in the LOCA conditions, which improve the modelling quality, especially during the early age

Nous avons donc proposé dans cette thèse une stratégie pour suivre l’évolution des fissures dans une structure en béton précontraint. L'objectif principal est de définir des briques de modélisation permettant d'étudier le comportement des fissures dans les enceintes de confinement des centrales nucléaires. Chaque brique de modélisation permet ainsi de représenter un phénomène non-linéaire présent dans ces structures : la fissuration du béton, les grilles d'armatures, les cables de précontrainte, la décohésion de l'acier dans le béton ainsi que le vieillissement du béton. Elles ont été validées grâce à plusieurs essais expérimentaux et appliquées à différentes zones. de l'enceinte de confinement pour simuler l'amorçage et la propagation des fissures. Enfin, une stratégie pour définir un état initialement fissuré a été développé à l'aide de ces différentes briques ainsi qu'une méthode de zoom pour reproduire les conditions limites de la précontrainte et la montée en pression sur une partie de l'enceinte<br>The difficulty of predicting cracks on reinforced concrete structures is due to the heterogeneity of the concrete and the dependence on environmental boundary conditions. To overcome this problem, we introduce directly a potential crack at the initial time, using cohesive zone models. A major difficulty will be to juggle the cohesive zone models describing cracking and the phenomena of creep and drying, and thus to consider three types of nonlinearities appearing in the calculation : cracking, decohesion of steelconcrete and creep. We also propose a strategy to represent an initially cracked structure. In this thesis, the crack behavior in different parts of the confinement building are modeled using the above described method

Ce projet était composé d’une campagne expérimentale en deux phases. Dans la première phase, des simulations à l’aide de la méthode des éléments finis ont été réalisées afin d'identifier les paramètres les plus sensibles. Dans la seconde phase, une série de 12 poutres en béton armé de 3,4 m de long ont été confectionnées. Ces poutres ont par la suite subi une cure thermique et un séchage à l’air. Ensuite, 10 des 12 poutres confectionnées ont été réparées dans leurs zones centrales en compression à l’aide de deux types de matériaux de réparation. Le premier matériau possédait une plus faible rigidité que le substrat, et le second, une rigidité supérieure. Les conclusions principales de l’étude montrent que le fait d’utiliser un matériau de réparation avec une rigidité supérieure à celle du substrat permet d’obtenir un comportement semblable à celui d’une poutre monolithique. En revanche, l’utilisation d’un matériau à plus faible rigidité tend à affecter négativement le comportement de la poutre réparée. Cette tendance est davantage marquée lorsque l’on considère une charge soutenue, car les matériaux à plus faible rigidité tendent à se déformer davantage que les matériaux plus rigides. Mots clés : Béton, capacité structurale, fluage, compression, MEF, poutre, propriétés mécaniques, réparation<br>A two-phase research program has been undertaken. In the first phase, computer simulations using a finite-element analysis (FEM) software have been performed to highlight the most sensitive. In the second phase, a series of 12 real-size reinforced concrete beams (3,4 m long) has been cast, air-conditioned and repaired at midspan to different extents, using two formulations of repair self-compacting concrete (high-stiffness and low-stiffness SCC’s), 10 of the 12 beams are repaired beam. The last 2 beams are monolithic beams and used as references. After the installation of the instrumentation, the beams are tested on a 4-point bending setup using two servo-hydraulic actuators, for the measurement of the instantaneous and long-term load deformation. The analysis that follows illustrates the correlation between laboratory results and numerical simulations. The main findings of the study show that using a repair material with a higher stiffness than that of the substrate results in a behavior similar to the monolithic beam. However the use of a material with a lower stiffness tends to negatively affect the behavior of the repaired beam. This trend is more pronounced when considering a sustained load, because the materials with lower stiffness tend to deform more than the rigid materials, it follows that the creep at the young age of the material also affects the behavior of the repaired beams, and that the use of a more rigid material allows the repaired beam to behave like a monolithic beam. Keywords: Beam, concrete, compression, creep, FEM, mechanical repair, structural capacity

Ce travail, couplant l’expérimentation et la modélisation, est dédié à l'étude de la propagation du décollement le long d'une interface entre un support simulant une structure en ancien béton et un Rechargement Mince Adhérent à base Cimentaire (RMAC). Il s’agit d’une contribution pour la maîtrise de la durabilité des réparations. En se basant sur des données expérimentales, un modèle couplant des effets mécaniques (chargements monotones et en fatigue) et des effets différés (retrait, fluage, relaxation des contraintes) a été construit. La modélisation par la méthode d’éléments finis a permis de mieux comprendre l’origine du décollement de l’interface support-réparation et d’identifier des paramètres essentiels qui conditionnent la durabilité des RMACs<br>This work, associating experiment and simulation approaches, is dedicated to the study of debonding propagation between a substrate simulating an old concrete structure and a thin bonded cimentitious overlay. It is a contribution to the durability of repairs. Based on the experimental data, a model integrating the mechanical effects (monotonic or fatigue loadings) and delayed effects (shrinkage, creep, stress relaxation) has been developed. The modelling by the Finite Element Method has allowed to better understand the origin of overlay-substrate interface debonding and to identify key parameters governing the durability of thin bonded cimentitious overlays

Ce travail est une contribution à la compréhension du comportement mécanique des aéroréfrigérants à tirages naturels sous chargements statiques monotones ou considérés comme tels. L'objectif est de retrouver, à l'aide de simulations numériques : l'origine des dommages observés sur plusieurs structures, la ou les causes de leurs évolutions, leurs influences sur la tenue de la construction. Le premier chapitre est une étude bibliographique. Dans le deuxième chapitre, nous présentons les modèles utilisés. La modélisation est basée sur une approche bidimensionnelle avec séries de FOURIER permettant de prendre en compte, le comportement du béton armé, la fissuration initiale et les défauts géométriques. Le troisième chapitre est consacré à la recherche de l'origine des dommages observés sur la coque. Les influences, de la maturation du béton, du poids propre et du sol sont analysées en considérant la structure en cours de construction. Enfin, le dernier chapitre concerne l'étude de l'évolution des dommages au cours du temps et leurs influences sur la résistance de l'aéroréfrigérant. Les effets du fluage et des évolutions du sol sont simulés. La résistance de la structure et sa stabilité sont calculées en prenant en compte, les défauts géométriques et la fissuration, en considérant les actions, de la gravité, du vent et du sol<br>This work contributes to a better understanding of the mechanical behavior of cooling towers subjected to monotonous static loads (or considered as static loads). The objective is to find, with numerical simulations: the origins of the observed damages, causes of their evolution, their influences on the behavior of the structure. The first part is a bibliographical study. In the second chapter, we present models used in this work. The modelisation is based on a 2D approach with Fourier series taking into account, the reinforced concrete behavior, geometrical imperfections and cracks. The third chapter is a study about the origins of observed damages. Influences of shrinkage of the concrete, the self-weight and soil displacements are analyzed considering the tower during his building. The last chapter is a study of the evolution of damages during time. Effects of creep and soil d1splacements, are simulated to quantify their effects on the observed damages evolution. The strength and the stability of the structure with geometrical imperfections and cracks are computed considering self-weight, wind and soil displacements

L'étude du comportement non linéaire à long terme des structures en béton armé, béton précontraint ou mixte (béton- acier ou béton - béton) nécessite la considération des effets diffèrés de ces matériaux (retrait et fluage du béton et relaxation des aciers de précontrainte). Ces effets peuvent influer considérablement sur le comportement des structures, par une redistribution des efforts à l'état de service et aussi à l'état limite ultime. La prise en compte du fluage de béton est introduite dans la quasi totalité des logiciels de calcul par des lois de comportements basées sur le modèle de la visco-élasticité-linéaire (principe de superposition). Or l'utilisation de ces lois s'avère limité sous certaines conditions, notamment la restriction de l'application au domaine linéaire de contraintes et le maintien des valeurs constantes de la température et de l'hygrométrie. A cela s'ajoute leur inaptitude dans le cas d'une diminution des contraintes. D'ou la nécessité d'introduire une loi de comportement capable de dépasser ces limitations. Dans cette étude, on propose quatre méthodes pour calculer numériquement les effets du fluage du béton: a) La méthode de superposition, dite de référence. Cette méthode, bien qu'elle soit limitée à certaines conditions, est introduite pour estimer l'exactitude des autres méthodes dans le cadre de la limitation de cette approche. B) La méthode de discrétisation en série de Dirichlet, dans laquelle, et pour certains types de fluage, on peut substituer à la formulation intégrale une formulation différentielle qui ne fait intervenir que l'état courant des variables et de la sollicitation. C) Le modèle incrémental de P. Acker, dans lequel la déformation de fluage ne dépend que de certaines variables qui caractérisent l'état acutel de la structure. La présentation des principes de ces méthodes et du logiciel de calcul instantané non linéaire établi antérieurement constitue la première partie de cette étude; la deuxième partie concerne la résolution numérique selon les différentes méthodes et leur intégration dans le logiciel. Une étude comparative faite dans la dernière partie entre les résultats obtenus avec le logiciel (avec les différentes méthodes) et des résultats d'essais, a permis de tirer des conclusions sur le mérite de chacune des méthodes et sur les lois de comportement rhéologique utilisées.

Etude expérimentale de la fissuration de peau dans les structures, par création d'entailles à profondeur successives sur dalles ayant séchées pendant 56 jours ; constatation d'une ouverture des lèvres de l'entaille, même en présence de précontrainte, et d'un comportement de la structure restant linéaire après libération des contraintes. Modèle stochastique pour la distribution des contraintes de fluage-retrait.

Les infrastructures civiles sont généralement soumises à des facteurs externes pouvant agir sur leur durée de vie. Pour les ponts en béton armé, l’environnement agressif induit une pénétration des ions, comme les chlorures, dans le béton poreux entrainant la corrosion des armatures, qui est une cause principale de détérioration pour ce type de structures. Les effets du temps sont aussi à prendre en considération, ceux-ci se manifestent par le fluage et le retrait du béton, suite auxquels la performance de ces ouvrages est fortement influencée. Cependant dans ce type de problème, le caractère probabiliste est souvent dominant. Cela ne se limite pas au trafic routier qui génère des contraintes non-contrôlées dans les sections portantes mais concerne aussi beaucoup de variables impliquées dans le calcul. La théorie de fiabilité a toujours constitué le moyen le plus efficace pour traiter ce type de problèmes, vu qu’elle puisse fournir une idée sur la durée de vie sous forme d’une probabilité de défaillance ou d’un indice de fiabilité. Ce travail comporte quatre axes principaux. Une famille de 21 ponts en béton armé servira pour l’application. Concernant le chargement du trafic, il est simulé en se basant sur des données de pesage en marche provenant d’autoroutes en Europe. La théorie de fiabilité est ensuite utilisée pour le calcul des indices de fiabilité avec le temps. Les effets de corrosion, du fluage et du retrait en plus du chargement réaliste de trafic sont introduits dans le calcul. Enfin, une approche basée sur l’optimisation génétique est proposée afin d’actualiser les lois d’évolution de la rigidité en se basant sur des données simulées de la déflexion à long terme<br>Civil infrastructures are generally subjected to external factors that can affect their lifetime. In case of reinforced concrete bridges, the aggressive environment induces, for example, the penetration of ions such as chloride, into the porous concrete leading to the corrosion of reinforcement bars. This constitutes the main cause of deterioration for this kind of structure. Time effects are also to be taken into account, for example creep and shrinkage that strongly influence the performance of the structure. However, in this type of problems, the probabilistic nature is often dominant. This is not limited to the traffic loading which generates uncontrolled stresses, but also concerns most of the variables involved in the calculation. Reliability theory has always been the most appropriate way to deal with this kind of problems, since it can provide an idea about the structure lifetime in the form of failure probability or reliability index. This work has four main axes. A set of 21 reinforced concrete bridges will be used for the application. Regarding the traffic loading applied on the bridges, it is simulated according to weigh-in-motion data recorded in European motorways. Subsequently, the reliability theory is used to calculate the time-dependent reliability indices for the bridge set. The effects of corrosion, shrinkage and creep as well as the realistic traffic loading are introduced in the calculation. Finally, a new approach based on genetic optimization is proposed to update the evolution law of the global rigidity based on simulated data for long term deflection

Le présent travail concerne l'étude du comportement mécanique à long terme de poutres en béton armé fissurées puis réparées. à l'aide de liants époxydiques. L'étude expérimentale porte essentiellement sur Les points suivants : Caractérisation rhéologique des trois liants utilisés dans la recherche méthodes de résonances et des basses fréquences ) Comportement mécanique sous chargement instantané et différé de poutres en béton armé réparées ou non, dans le cas d'une fissuration systématique ou discrète. Evolution de la Loi moment- f lèche au cours du temps. L'interprétation des résultats obtenus conduit aux conclusions ci – après Aucun des Liants utilisés ne présente un comportement viscoélastique Linéaire (Le principe de superposition de BOLTZMANN n'est pas vérifié) La réticulation du Liant joue un rôle prépondérant dans L'adhésion mécanique sur support minéral. La structure réparée a un comportement intermédiaire entre une structure de béton homogène et une pièce entièrement fissurée ; ce comportement dépendant essentiellement du liant utilisé. Un modèle de calcul est proposé et permet d'apprécier la qua lité de l' injection dès Le début du chargement<br>This study concerns the long term mechanical effects of cracked reinforced concrete beams repaired using epoxy resins. An experiment was carried out to determine : - characteristics of three epoxy resins (using a method of low frequency resonance) - mechanical behaviour under instant loading and other loadings of reinforced concrete beams, bath with and without reparation, and with or without systematic cracking. - evolution of bending moments with time. Following the results obtained from the experiment, t he conclusion were - more of the epoxy resins used had a linear viscoelastic relation (the principal of superposition of BOLTZMANN was not proved) - the solidification of the epoxy resin plays an important role in the mechanical adhesion of the supporting surface - the repaired structure has a behaviour situated between a homogeneous reinforced concrete structure and a structure entirely cracked, these properties - depend essentially on the epoxy resin used. A physical model is proposed which al lows an appreciation of the quality of the injection, from the commencement to the end of injection