Dissertations / Theses on the topic 'Construction en béton armé – France'

Cette thèse en Histoire de l'art, réalisée sous la direction de B. Foucart, porte sur l'histoire de la construction en béton armé avant la Première Guerre mondiale, et plus spécifiquement sur l'activité de la firme Hennebique dont l'essor est étroitement lié à celui du matériau. Promoteur en 1892 d'un nouveau système de construction, François Hennebique (1842-1921) se trouve en effet, à la fin du siècle, à la tête d'une puissance firme d'ingénierie, véritable multinationale, qui ne cesse de croitre jusqu'à 1914. L'ampleur de l'organisation qu'il met en place afin de diffuser ses brevets, le nombre et la variété des ouvrages qu'il réalise à travers le monde, la notoriété, enfin, de sa maison le démarquent nettement de ses concurrents. Cependant, malgré cette renommée, l'œuvre d'Hennebique n'a, jusqu'à présent, été qu'effleurée par les chercheurs : le déverrouillage récent des archives de la société béton armé Hennebique nous a permis d'étudier de manière approfondie les multiples aspects de l'activité de la firme, éclairant ainsi, de manière plus générale, le développement de l'emploi du nouveau matériau qu'est, au tournant du siècle, le béton armé. Nous avons cherché, dans le cadre de cette thèse, à porter un regard nouveau sur l'évolution de la notion de "système constructif" vers celle d'un "matériau" accédant progressivement à son autonomie. Ce travail consiste, à partir de la plateforme d'observation qu'est l'entreprise Hennebique, à mieux cerner la place et le rôle des principaux acteurs (entrepreneurs, architectes, ingénieurs) de cette transformation qui conditionne l'histoire du béton armé.

En 1948, l'architecte Auguste Perret est nommé conseiller pour les questions d'architecture auprès du Commissariat à l'énergie atomique français (CEA). Ce nouvel organisme d'État met immédiatement le savoir-faire du Maître de l'architecture du béton armé à contribution pour un projet d'envergure et de priorité nationale: la construction d'un grand centre d'études nucléaires à Saclay. Ce « palais de l'atome » est la dernière grande œuvre d'urbanisme et d'architecture d'Auguste Perret. La composition monumentale mise en œuvre par l'architecte a traduit la volonté des fondateurs du CEA de faire du Centre une institution digne de cette science nouvelle. L'enjeu était de taille et le défi quasi insurmontable pour l'architecte, car, si aujourd'hui les solutions architecturales et urbaines semblent cohérentes et évidentes, elles répondaient pourtant à une commande des plus paradoxales. L'architecte devait projeter un centre nucléaire avant même que ce dernier ne soit clairement défini, le programme scientifique étant en construction en même temps que la fabrication du projet. Il devait concevoir des édifices-outils qu'il savait porteurs d'une obsolescence précoce. Il devait surtout concevoir une ville capable de se régénérer et de se développer. Après une première partie consacrée à l'élaboration du programme scientifique complexe, nous évaluons l'apport de la doctrine architecturale éprouvée de Perret, tant du point de vue de la conception que du chantier. La troisième partie porte sur l'usage et le destin de cette architecture monumentale et ordonnancée dont a hérité le CEA.

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.

Essais sur des voiles en béton arme avec faible pourcentage d'armatures et faiblement elancés. Étude du comportement de ces structures sous charge cyclique de cisaillement. Pour cela, mesure de parametres tels que ductilité, amortissement et rigidité ainsi que du rapport déplacements maximums et résiduels pour chaque boucle de chargement. Mise au point d'un modèle numérique basé sur la méthode des éléments finis appliquée aux structures planes; il prend en compte le comportement du beton sous contraintes biaxiales dans le domaine non lineaire et analyse les problemes posés par la plastification des aciers ou la fissuration du béton. Comparaison des résultats obtenus et exemple d'application à des murs à élancement différent de celui du cas étudié

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.

Ce travail concerne le développement d'un modèle de comportement du béton en situations d'incendies ou d'accidents nucléaires. Dans la gamme de températures concernée (20°C-1200°C), la microstructure du béton subit des modifications physicochimiques qui influencent son comportement. Dans le cadre d'une analyse thermomécanique chaînée, les phénomènes à prendre en compte sont les variations des caractéristiques thermiques et mécaniques et la dépendance de la réponse du béton à 1 'historique des chargements thermique et mécanique. Un modèle est proposé dans le cadre de la thermo plasticité. Les variations irréversibles des caractéristiques sont introduites. Un critère de plasticité multi surfaces prenant en compte en compression l'accroissement de sensibilité au confinement avec la température est construit. La fissuration est traitée dans ce cadre de plasticité. La sensibilité de la solution numérique au maillage due à l'introduction du comportement adoucissant est partiellement résolue par la méthode d'Hillerborg. Un modèle phénoménologique est utilisé pour le calcul des déformations d'interaction thermomécanique. Des structures en béton soumises à de hautes températures sont analysées. La capacité du modèle à restituer la dépendance à 1 'historique des chargements est vérifiée. Les effets de différentes hypothèses concernant l'évolution de l'énergie de fissuration du béton sont étudiés. Un radier de bâtiment réacteur de centrale nucléaire sous l'effet du corium est analysé. Les résultats mettent en évidence l'effet des déformations d'interaction. Une contribution à l'analyse du phénomène d'éclatement à hautes températures est proposée. Le béton est modélisé dans le cadre de la mécanique des milieux poreux. Le modèle thermoplastique est appliqué à l'analyse du comportement du squelette par l'intermédiaire de la contrainte effective. Une méthode d'évaluation des pressions de pores et du coefficient de Biot est proposée. Le comportement de spécimens est analysé
This work concerns the development of a numerical model for concrete under tire or nuclear accident conditions. Within the temperature range concerned (20°C-1200°C), the behavior of concrete is affected by the physical and chemical changes of its microstructure. Within the framework of an uncoupled thermo mechanical analysis, the phenomena that have to be accounted for are the temperature dependency of the thermal and mechanical properties of concrete as well as the dependency of the response of concrete on the combined thermal and mechanical loading history. A thermo plasticity based model is proposed for the compressive and the cracking behavior of concrete. The irreversible variations of the properties of concrete are introduced. A multisurface plasticity criterion which accounts for the increasing sensitivity of compressive strength to hydrostatic pressure is developed. The pathological mesh dependency of the numerical solution is partially solved with help of the Hillerborg method. A phenomenological model is used for the evaluation of the thermo mechanical interaction strains. Structures submitted to high temperatures are analyzed. The capability of the model to describe the load and temperature history dependency of the response is checked. The effects of different hypotheses concerning the evolution of the fracture energy of concrete are studied. The behavior of a nuclear power plant raft in accidental conditions is analyzed. The results emphasize the importance of the thermo mechanical interaction on the predicted behavior of the structures. A contribution to the analysis of the spalling of concrete at high temperatures is proposed. The concrete is modeled within the framework of the mechanics of porous media. The thermoplastic model is a pp lied to the analysis of the skeleton through the effective stress. A simplified method for the evaluation of pore pressures and Biot coefficient is proposed and the behavior of concrete specimens is analyzed

La prédiction des dommages subis par un bâtiment pendant un séisme préoccupe considérablement les ingénieurs et les chercheurs, encouragés cycliquement par les fenêtres d'opportunité ouvertes dans les périodes qui suivent les tremblements de terre meurtriers. Leurs enregistrements ont en particulier encouragé les chercheurs et les ingénieurs à développer différentes représentations du signal sismique dans le but d'appréhender la nocivité d'un séisme en calculant des indicateurs de nocivité associés à ces représentations. Une introduction à la dialectique nocivité - dommage est alors présentée au début de ce mémoire. L'étude, exposée subséquemment, vise en particulier à caractériser la dispersion du dommage subi par une structure en fonction des plages de valeurs prises par des indicateurs de nocivité calculés pour une centaine de séismes. Ce travail permet donc d'évaluer la capacité de ces indicateurs à prédire le dommage. Il propose de déterminer un ordre de grandeur de la dispersion du dommage que subit une structure lors d'un séisme caractérisé par ses indicateurs de nocivité et propose de réduire cette dispersion en améliorant la pertinence de ces indicateurs et des corrélations nocivité-dommage. Par ailleurs, la comparaison des résultats issus de l'utilisation d'une " méthode en déplacement " à ceux obtenus par des analyses non linéaires transitoires a permis de formuler un avis sur la pertinence de l'utilisation de ces méthodes simplifiées pour approcher statistiquement le dommage. Il reste que l'étude de la nocivité du signal sismique ne suffit généralement pas à prédire le dommage d'une part parce que la représentation scalaire de la nocivité n'est pas toujours facile à relier à la réalité physique et d'autre part à cause de la dispersion relative de ce dommage souvent constatée pour une même nocivité de signaux sismiques. De même, la valeur d'un indicateur de dommage peut correspondre à des états d'endommagement très différents en fonction de l'aléa sismique et de la structure étudiée. Le travail se poursuit donc par une contribution à l'amélioration de la fiabilité d'un indicateur de dommage, capable d'une part de détecter l'apparition du dommage réel dans une structure et d'autre part de le mesurer en identifiant la distance qui sépare un état de la structure de sa ruine, définie par son instabilité au sens de la résistance des matériaux
Since prediction of earthquake still remains impossible, foreseeing structural damages due to seismic motion has become a key point in earthquake engineering. This work aims at evaluating the relevance of classical seismic signal damaging potential indices and at proposing improvement of these indices in order to provide better prediction of structural damage due to earthquake. The first part supplies a non exhaustive state of the art of main Damaging Potential Indices IP and Damage Indices ID used in earthquake engineering. In the second part, IP/ID correlations results are analysed in order to evaluate IP relevance, to justify displacement based approach use (capacity spectrum method) for damage prediction and to make good the proposal for improvement of Damaging Potential Index. But studding seismic signal damaging potential is usually not enough to foresee damage firstly because scalar representation of damaging potential is not easy to link to physics reality and secondly because of damage scattering often observed for a single value of seismic signal damaging potential. In the same way, a single damage index value may correspond to very different structural damage states. Hence, this work carries on with a contribution to damage index reliability improvement, able to detect real structural damage appearance as well as to quantify this damage by associating the distance between one structural sate and the structural collapse, defined as an instability

Le comportement à l’effort tranchant des structures en béton armé est un sujet étudié depuis plus d’un siècle. Bien qu’aujourd’hui la compréhension du comportement de ces structures s’est considérablement améliorée, aucune théorie universellement acceptée ne permet de considérer l’ensemble des phénomènes régissant leur comportement à l’effort tranchant. L’étude réalisée dans cette thèse montre que ces théories sont insuffisantes pour prédire le comportement des structures post-renforcées à l’effort tranchant. Une meilleure compréhension des différents mécanismes de résistance à l’effort tranchant agissant dans ce type de structure est donc requise. Les méthodes de post-renforcement étudiées consistent à forer des ouvertures à l’intérieur d’une dalle épaisse afin d’y ancrer des barres de renforcement. Selon le type d’ancrage utilisé, les méthodes de post-renforcement peuvent se départager en deux catégories. Un renforcement est dit adhérent lorsque l’ancrage est assuré par un adhésif permettant de transférer l’effort le long des barres au béton. Un renforcement est dit non adhérent lorsque le transfert d’effort s’effectue uniquement à l’extrémité des barres, à l’endroit où un ancrage mécanique assure une butée entre les barres et le béton. L’étude des méthodes de post-renforcement a montré que celles-ci peuvent augmenter significativement la résistance des éléments postrenforcés. Or, le comportement des barres de post-renforcement affecte le comportement à l’effort tranchant et les mécanismes de résistance. Les théories actuelles permettant de prédire la résistance à l’effort tranchant s’appliquant aux structures renforcées d’étriers conventionnels ne peuvent être utilisées directement. L’objectif de cette thèse est donc de développer un modèle permettant d’évaluer le comportement et la résistance à l’effort tranchant des structures en béton armé post-renforcées. L’étude des membrures en béton post-renforcées de barres adhérentes fait l’objet de la première partie de cette thèse. En s’appuyant sur les essais expérimentaux réalisés antérieurement à l’Université Laval, des lois de comportement et des modèles numériques permettant d’analyser l’adhérence des barres collées ont été développés. En incluant ces lois comportementales dans des analyses non linéaires par éléments finis, la réponse et les mécanismes de résistance à l’effort tranchant ont été étudiés. Le développement d’outils mathématiques permettant d’évaluer le comportement de barres collées a permis de proposer une méthode de calcul de la résistance à l’effort tranchant. Cette méthode considère l’effet du comportement en adhérence sur la résistance à l’effort tranchant offerte par l’armature de cisaillement, Vs, et par le béton, Vc. Une quantité minimale d’armature de cisaillement ainsi que des critères d’espacement adaptés à ce type de renforcement adhérent ont également été proposés. Cette méthode a permis de mieux prédire la résistance des éléments post-renforcés de barres adhérentes. En deuxième partie de cette thèse, les mécanismes de résistance à l’effort tranchant des éléments en béton armé post-renforcés de barres non adhérentes ont été étudiés. Pour ce faire, le comportement expérimental des éléments testés a été examiné puis comparé aux résultats des analyses non linéaires par éléments finis. Bien que la norme S6-14 ne permet pas de prédire la résistance des éléments post-renforcés, le comportement et la résistance de ces structures ont pu être prédits adéquatement par des analyses par éléments finis. L’analyse des essais expérimentaux et des modèles éléments finis ont montré que l’effort tranchant repris par les barres transversales est directement proportionnel à l’ouverture des fissures, à la rigidité des ancrages et à la précontrainte verticale du post-renforcement. Un modèle est proposé afin d’évaluer l’effort reprit par ces barres en fonction de ces paramètres. Les analyses numériques par éléments finis montrent également que l’effort tranchant est essentiellement repris par les barres transversales non adhérentes, la bielle de compression directe agissant dans la zone de béton non fissurée et, dans une moindre proportion, par l’enchevêtrement des granulats .
Le comportement à l’effort tranchant des structures en béton armé est un sujet étudié depuis plus d’un siècle. Bien qu’aujourd’hui la compréhension du comportement de ces structures s’est considérablement améliorée, aucune théorie universellement acceptée ne permet de considérer l’ensemble des phénomènes régissant leur comportement à l’effort tranchant. L’étude réalisée dans cette thèse montre que ces théories sont insuffisantes pour prédire le comportement des structures post-renforcées à l’effort tranchant. Une meilleure compréhension des différents mécanismes de résistance à l’effort tranchant agissant dans ce type de structure est donc requise. Les méthodes de post-renforcement étudiées consistent à forer des ouvertures à l’intérieur d’une dalle épaisse afin d’y ancrer des barres de renforcement. Selon le type d’ancrage utilisé, les méthodes de post-renforcement peuvent se départager en deux catégories. Un renforcement est dit adhérent lorsque l’ancrage est assuré par un adhésif permettant de transférer l’effort le long des barres au béton. Un renforcement est dit non adhérent lorsque le transfert d’effort s’effectue uniquement à l’extrémité des barres, à l’endroit où un ancrage mécanique assure une butée entre les barres et le béton. L’étude des méthodes de post-renforcement a montré que celles-ci peuvent augmenter significativement la résistance des éléments postrenforcés. Or, le comportement des barres de post-renforcement affecte le comportement à l’effort tranchant et les mécanismes de résistance. Les théories actuelles permettant de prédire la résistance à l’effort tranchant s’appliquant aux structures renforcées d’étriers conventionnels ne peuvent être utilisées directement. L’objectif de cette thèse est donc de développer un modèle permettant d’évaluer le comportement et la résistance à l’effort tranchant des structures en béton armé post-renforcées. L’étude des membrures en béton post-renforcées de barres adhérentes fait l’objet de la première partie de cette thèse. En s’appuyant sur les essais expérimentaux réalisés antérieurement à l’Université Laval, des lois de comportement et des modèles numériques permettant d’analyser l’adhérence des barres collées ont été développés. En incluant ces lois comportementales dans des analyses non linéaires par éléments finis, la réponse et les mécanismes de résistance à l’effort tranchant ont été étudiés. Le développement d’outils mathématiques permettant d’évaluer le comportement de barres collées a permis de proposer une méthode de calcul de la résistance à l’effort tranchant. Cette méthode considère l’effet du comportement en adhérence sur la résistance à l’effort tranchant offerte par l’armature de cisaillement, Vs, et par le béton, Vc. Une quantité minimale d’armature de cisaillement ainsi que des critères d’espacement adaptés à ce type de renforcement adhérent ont également été proposés. Cette méthode a permis de mieux prédire la résistance des éléments post-renforcés de barres adhérentes. En deuxième partie de cette thèse, les mécanismes de résistance à l’effort tranchant des éléments en béton armé post-renforcés de barres non adhérentes ont été étudiés. Pour ce faire, le comportement expérimental des éléments testés a été examiné puis comparé aux résultats des analyses non linéaires par éléments finis. Bien que la norme S6-14 ne permet pas de prédire la résistance des éléments post-renforcés, le comportement et la résistance de ces structures ont pu être prédits adéquatement par des analyses par éléments finis. L’analyse des essais expérimentaux et des modèles éléments finis ont montré que l’effort tranchant repris par les barres transversales est directement proportionnel à l’ouverture des fissures, à la rigidité des ancrages et à la précontrainte verticale du post-renforcement. Un modèle est proposé afin d’évaluer l’effort reprit par ces barres en fonction de ces paramètres. Les analyses numériques par éléments finis montrent également que l’effort tranchant est essentiellement repris par les barres transversales non adhérentes, la bielle de compression directe agissant dans la zone de béton non fissurée et, dans une moindre proportion, par l’enchevêtrement des granulats .
Le comportement à l’effort tranchant des structures en béton armé est un sujet étudié depuis plus d’un siècle. Bien qu’aujourd’hui la compréhension du comportement de ces structures s’est considérablement améliorée, aucune théorie universellement acceptée ne permet de considérer l’ensemble des phénomènes régissant leur comportement à l’effort tranchant. L’étude réalisée dans cette thèse montre que ces théories sont insuffisantes pour prédire le comportement des structures post-renforcées à l’effort tranchant. Une meilleure compréhension des différents mécanismes de résistance à l’effort tranchant agissant dans ce type de structure est donc requise. Les méthodes de post-renforcement étudiées consistent à forer des ouvertures à l’intérieur d’une dalle épaisse afin d’y ancrer des barres de renforcement. Selon le type d’ancrage utilisé, les méthodes de post-renforcement peuvent se départager en deux catégories. Un renforcement est dit adhérent lorsque l’ancrage est assuré par un adhésif permettant de transférer l’effort le long des barres au béton. Un renforcement est dit non adhérent lorsque le transfert d’effort s’effectue uniquement à l’extrémité des barres, à l’endroit où un ancrage mécanique assure une butée entre les barres et le béton. L’étude des méthodes de post-renforcement a montré que celles-ci peuvent augmenter significativement la résistance des éléments postrenforcés. Or, le comportement des barres de post-renforcement affecte le comportement à l’effort tranchant et les mécanismes de résistance. Les théories actuelles permettant de prédire la résistance à l’effort tranchant s’appliquant aux structures renforcées d’étriers conventionnels ne peuvent être utilisées directement. L’objectif de cette thèse est donc de développer un modèle permettant d’évaluer le comportement et la résistance à l’effort tranchant des structures en béton armé post-renforcées. L’étude des membrures en béton post-renforcées de barres adhérentes fait l’objet de la première partie de cette thèse. En s’appuyant sur les essais expérimentaux réalisés antérieurement à l’Université Laval, des lois de comportement et des modèles numériques permettant d’analyser l’adhérence des barres collées ont été développés. En incluant ces lois comportementales dans des analyses non linéaires par éléments finis, la réponse et les mécanismes de résistance à l’effort tranchant ont été étudiés. Le développement d’outils mathématiques permettant d’évaluer le comportement de barres collées a permis de proposer une méthode iii de calcul de la résistance à l’effort tranchant. Cette méthode considère l’effet du comportement en adhérence sur la résistance à l’effort tranchant offerte par l’armature de cisaillement, Vs, et par le béton, Vc. Une quantité minimale d’armature de cisaillement ainsi que des critères d’espacement adaptés à ce type de renforcement adhérent ont également été proposés. Cette méthode a permis de mieux prédire la résistance des éléments post-renforcés de barres adhérentes. En deuxième partie de cette thèse, les mécanismes de résistance à l’effort tranchant des éléments en béton armé post-renforcés de barres non adhérentes ont été étudiés. Pour ce faire, le comportement expérimental des éléments testés a été examiné puis comparé aux résultats des analyses non linéaires par éléments finis. Bien que la norme S6-14 ne permet pas de prédire la résistance des éléments post-renforcés, le comportement et la résistance de ces structures ont pu être prédits adéquatement par des analyses par éléments finis. L’analyse des essais expérimentaux et des modèles éléments finis ont montré que l’effort tranchant repris par les barres transversales est directement proportionnel à l’ouverture des fissures, à la rigidité des ancrages et à la précontrainte verticale du post-renforcement. Un modèle est proposé afin d’évaluer l’effort reprit par ces barres en fonction de ces paramètres. Les analyses numériques par éléments finis montrent également que l’effort tranchant est essentiellement repris par les barres transversales non adhérentes, la bielle de compression directe agissant dans la zone de béton non fissurée et, dans une moindre proportion, par l’enchevêtrement des granulats.
Le comportement à l’effort tranchant des structures en béton armé est un sujet étudié depuis plus d’un siècle. Bien qu’aujourd’hui la compréhension du comportement de ces structures s’est considérablement améliorée, aucune théorie universellement acceptée ne permet de considérer l’ensemble des phénomènes régissant leur comportement à l’effort tranchant. L’étude réalisée dans cette thèse montre que ces théories sont insuffisantes pour prédire le comportement des structures post-renforcées à l’effort tranchant. Une meilleure compréhension des différents mécanismes de résistance à l’effort tranchant agissant dans ce type de structure est donc requise. Les méthodes de post-renforcement étudiées consistent à forer des ouvertures à l’intérieur d’une dalle épaisse afin d’y ancrer des barres de renforcement. Selon le type d’ancrage utilisé, les méthodes de post-renforcement peuvent se départager en deux catégories. Un renforcement est dit adhérent lorsque l’ancrage est assuré par un adhésif permettant de transférer l’effort le long des barres au béton. Un renforcement est dit non adhérent lorsque le transfert d’effort s’effectue uniquement à l’extrémité des barres, à l’endroit où un ancrage mécanique assure une butée entre les barres et le béton. L’étude des méthodes de post-renforcement a montré que celles-ci peuvent augmenter significativement la résistance des éléments postrenforcés. Or, le comportement des barres de post-renforcement affecte le comportement à l’effort tranchant et les mécanismes de résistance. Les théories actuelles permettant de prédire la résistance à l’effort tranchant s’appliquant aux structures renforcées d’étriers conventionnels ne peuvent être utilisées directement. L’objectif de cette thèse est donc de développer un modèle permettant d’évaluer le comportement et la résistance à l’effort tranchant des structures en béton armé post-renforcées. L’étude des membrures en béton post-renforcées de barres adhérentes fait l’objet de la première partie de cette thèse. En s’appuyant sur les essais expérimentaux réalisés antérieurement à l’Université Laval, des lois de comportement et des modèles numériques permettant d’analyser l’adhérence des barres collées ont été développés. En incluant ces lois comportementales dans des analyses non linéaires par éléments finis, la réponse et les mécanismes de résistance à l’effort tranchant ont été étudiés. Le développement d’outils mathématiques permettant d’évaluer le comportement de barres collées a permis de proposer une méthode iii de calcul de la résistance à l’effort tranchant. Cette méthode considère l’effet du comportement en adhérence sur la résistance à l’effort tranchant offerte par l’armature de cisaillement, Vs, et par le béton, Vc. Une quantité minimale d’armature de cisaillement ainsi que des critères d’espacement adaptés à ce type de renforcement adhérent ont également été proposés. Cette méthode a permis de mieux prédire la résistance des éléments post-renforcés de barres adhérentes. En deuxième partie de cette thèse, les mécanismes de résistance à l’effort tranchant des éléments en béton armé post-renforcés de barres non adhérentes ont été étudiés. Pour ce faire, le comportement expérimental des éléments testés a été examiné puis comparé aux résultats des analyses non linéaires par éléments finis. Bien que la norme S6-14 ne permet pas de prédire la résistance des éléments post-renforcés, le comportement et la résistance de ces structures ont pu être prédits adéquatement par des analyses par éléments finis. L’analyse des essais expérimentaux et des modèles éléments finis ont montré que l’effort tranchant repris par les barres transversales est directement proportionnel à l’ouverture des fissures, à la rigidité des ancrages et à la précontrainte verticale du post-renforcement. Un modèle est proposé afin d’évaluer l’effort reprit par ces barres en fonction de ces paramètres. Les analyses numériques par éléments finis montrent également que l’effort tranchant est essentiellement repris par les barres transversales non adhérentes, la bielle de compression directe agissant dans la zone de béton non fissurée et, dans une moindre proportion, par l’enchevêtrement des granulats.
Shear behavior of reinforced concrete structures has been studied for more than one century. Even if shear behavior is now better understood, a unique shear theory has not been commonly accepted yet. The study presented in this thesis shows that current theories cannot adequately predict the shear behavior of strengthened structures with post-installed reinforcement and a better understanding of shear is required for this type of members. The shear strengthening methods studied consist of adding drilled-in vertical reinforcing bars into a reinforced concrete structure. These bars can be bonded to the concrete with a high-strength epoxy adhesive, or anchored at their extremities to the structure with mechanical anchorages, such as steel plates and expansion anchorages. Experimental loading tests carried out at Université Laval on shear strengthened members confirmed the efficiency of these methods to increase the shear capacity. However, the post-installed reinforcing bars behavior affects the shear behavior of strengthened members and current theories considering typical stirrups are not applicable. The objective of this thesis is to develop a model that can be used to predict the shear capacity of reinforced concrete members strengthened with post-installed shear reinforcement. The first part of this thesis consists in analyzing the shear behavior of reinforced concrete members strengthened with epoxy-bonded bars. Based on experimental tests, a bond model and a numerical model were developed to analyze the behavior of bonded bars. Then, this bond behavior was introduced in a finite element model to analyze the response and the shear resistance mechanisms in strengthened members. It appears that the bond behavior affects the capacity of the epoxy-bonded bar at a crack as well as the crack width, reducing the shear reinforcement and aggregate interlock capacities. Based on these results, equations were proposed to determine the shear capacity provided by epoxy-bonded bars and by the aggregate interlock. A minimum amount and spacing criteria were also proposed for epoxy-bonded shear reinforcing bars. The method proposed in this thesis for strengthened members with epoxy-bonded bars adequately predicts the shear capacity of members tested in the literature. The second part of this thesis studies the shear resistance mechanisms in shear strengthened members with unbonded reinforcing bars. The behavior of tested members and finite element models were analyzed and compared. While the CHBDC is not appropriate to predict the shear capacity of members with unbonded bars, FE analyses showed a good match with experimental tests. These results showed that a large portion of shear is transferred by unbonded shear reinforcement. The main parameters affecting this mechanism are the critical shear crack width, the unbonded bars stiffness (including the stiffness of anchorages) and the bars prestressing. For the analyzed members, FE results also showed that a large part of shear is carried by a direct strut action in uncracked concrete, while the portion of shear carried by aggregate interlock is relatively smaller
Shear behavior of reinforced concrete structures has been studied for more than one century. Even if shear behavior is now better understood, a unique shear theory has not been commonly accepted yet. The study presented in this thesis shows that current theories cannot adequately predict the shear behavior of strengthened structures with post-installed reinforcement and a better understanding of shear is required for this type of members. The shear strengthening methods studied consist of adding drilled-in vertical reinforcing bars into a reinforced concrete structure. These bars can be bonded to the concrete with a high-strength epoxy adhesive, or anchored at their extremities to the structure with mechanical anchorages, such as steel plates and expansion anchorages. Experimental loading tests carried out at Université Laval on shear strengthened members confirmed the efficiency of these methods to increase the shear capacity. However, the post-installed reinforcing bars behavior affects the shear behavior of strengthened members and current theories considering typical stirrups are not applicable. The objective of this thesis is to develop a model that can be used to predict the shear capacity of reinforced concrete members strengthened with post-installed shear reinforcement. The first part of this thesis consists in analyzing the shear behavior of reinforced concrete members strengthened with epoxy-bonded bars. Based on experimental tests, a bond model and a numerical model were developed to analyze the behavior of bonded bars. Then, this bond behavior was introduced in a finite element model to analyze the response and the shear resistance mechanisms in strengthened members. It appears that the bond behavior affects the capacity of the epoxy-bonded bar at a crack as well as the crack width, reducing the shear reinforcement and aggregate interlock capacities. Based on these results, equations were proposed to determine the shear capacity provided by epoxy-bonded bars and by the aggregate interlock. A minimum amount and spacing criteria were also proposed for epoxy-bonded shear reinforcing bars. The method proposed in this thesis for strengthened members with epoxy-bonded bars adequately predicts the shear capacity of members tested in the literature. The second part of this thesis studies the shear resistance mechanisms in shear strengthened members with unbonded reinforcing bars. The behavior of tested members and finite element models were analyzed and compared. While the CHBDC is not appropriate to predict the shear capacity of members with unbonded bars, FE analyses showed a good match with experimental tests. These results showed that a large portion of shear is transferred by unbonded shear reinforcement. The main parameters affecting this mechanism are the critical shear crack width, the unbonded bars stiffness (including the stiffness of anchorages) and the bars prestressing. For the analyzed members, FE results also showed that a large part of shear is carried by a direct strut action in uncracked concrete, while the portion of shear carried by aggregate interlock is relatively smaller

Dans les ouvrages du Génie Civil, l'acier est couvert par un film protecteur constitué d'oxydes de fer. Une pénétration des agents agressifs externes peut déstabiliser ce film et provoquer l'initiation de la corrosion. Lorsque la couche des oxydes s'épaissit du fait de la corrosion métallique une réduction de la section d'acier, une perte de ductilité, une perte d'adhérence ou une fissuration du béton peuvent se produire. La capacité portante diminue et le mécanisme de ruine des éléments d'ouvrage peut changer. Le besoin est alors de comprendre des mécanismes de la corrosion afin de réaliser une ré-évaluation de la durée de vie des ouvrages en béton armé soumis à la corrosion
In the reinforced concrete structures, by nature, the reinforcing steel is covered with a protective film consisted of iron oxides. Penetration of aggressive externat agents can destabilize the film and initiale corrosion. When the layer of corrosion products grows around of the steel, loss of the rebat cross-section which is transformed into rust, decrease of rebat ductility, cracking and delamination of the concrete and loss of bond between concrete and reinforcement can be observed. The mechanical load capacity decreases and the ruin mechanism of concrete structures can change. The necessity is Io understand phenomena due to corrosion in order to perform a re-evaluation of the service lifetime of the reinforced concrete structures attacked by the corrosion

Pour qu'un planning soit utile lors de la réalisation du chantier, celui-ci doit intégrer mieux qu'actuellement les conditions de l'éxécution et du travail efféctué. La bonne productivité et la rentabilité d'un chantier de construction dépendent considérablement du planning du cycle de réalisation du gros-oeuvre et de la rotation des matériels de coffrage qui en résulte. Le cycle gros-oeuvre correspond à la période de réalisation des ouvrages verticaux et horizontaux d'un étage courant, cycle pouvant se répéter à chaque niveau. Le planning du cycle est contrôlé par de nombreuses contraintes techniques. Certaines contraintes appélées "contraintes verticales" contrôlent la réalisation des ouvrages verticaux (voiles, poteaux, poutres, etc. ) par rapport à celle des ouvrages horizontaux (zones plancher) du même niveau. D'autres contraintes appelées "contraintes horizontales" contrôlent la réalisation d'ouvrages verticaux d'un même niveau entre eux. La définition du cycle est actuellement effectuée manuellement par des ingénieurs expérimentés capables d'intégrer rapidement les multiples containtes d'éxécution à prendre en compte. Ce travail complexe est long et difficile. Une seule solution est généralement construite si bien que rentabilité et marge financière du chantier en découlent sans réelle possibilité d'optimisation
A plan which is to be useful for a process in the future should be a forecast of the best way to carry out that process. In mulit-storey building this objective is usually achieved by the efficient use of resoureces and depends on the definition of an appropriate plan of repetitive cycle (typical floor network). The typical floor network involves idnetical activities repeated consecutively from one floor to the next. The sequence of works in this type of construction is controlled by many technical constraints. Some of thesconstraints are between works executed on the same stage (horozontal constraints), and some of them are between works executed on different stages (vertical constraints)

Le recours à des structures de plus en plus élancées en béton armé et la nécessité de s'assurer de leur stabilité au flambement conduisent à prendre en compte le couplage de la non-linéarité géométrique générée par les grands déplacements avec la non-linéarité matérielle résultant du comportement du béton. L'étude entreprise ici vise à contribuer à l'analyse non linéaire de la stabilité de ce type de structures. Le couplage des deux types de non-linéarité a permis de simuler le comportement de structures en béton armé jusqu'à la ruine par instabilité de la structure ou par épuisement des matériaux. L'ensemble des validations effectuées montre que l'outil élaboré prédit avec précision la charge critique d'instabilité des structures étudiées. Les résultats des applications à différentes structures en béton armé ont révélé une bonne corrélation avec les résultats publiés, ce qui conforte la validité de l'outil développé
Resort to slender structures in reinforced concrete and the necessity to make sure of their buckling stability oblige to take account of the coupling of both the geometrical non-linearity generated by the large displacements, and the material non-linearity due to the behaviour of the concrete. The purpose of the study undertaken hereafter is to contribute to non-linear analysis of stability for this type of structures. The two types of non-linearity coupling are used to numerically simulate the ruin of reinforced concrete slender structures, which can occur by exceeding the strength of the most stressed section or through instability. All validations prove the accuracy of the elaborated tool to predict the critical load of stability for the studied structures. Application results to various structures in reinforced concrete are correlated with published results and prove the tool validity

La réaction sulfatique externe (RSE) se présente comme étant l’une des détériorations du béton les plus complexes et reste insuffisamment maitrisée jusqu’à ce jour. Cette pathologie constitue une source de désordre importante pour les structures en béton armé. Elle correspond à un système de mécanismes physiques et chimiques qui mettent en jeu les réactions entre les ions de sulfates ayant pénétré par diffusion et les anhydres et les hydrates de la pâte de ciment. Ces interactions se traduisent à l’échelle du matériau cimentaire par l'expansion, le gonflement puis l'apparition de fissures au niveau du liant cimentaire attribués généralement à la formation de l’éttringite secondaire et/ou du gypse. D’autre part, cette pathologie se manifeste à l’échelle de l’élément structural par un éclatement du béton d’enrobage ce qui entraine un risque de corrosion et affecte l’adhérence entre l’armature et le béton. La RSE a été souvent étudiée, mais est généralement présentée comme étant complexe et dépendante de plusieurs facteurs tels que le type du matériau attaqué et la composition du milieu environnant. La totalité de ces paramètres peut modifier les processus qui se déroulent durant la réaction ainsi que ses conséquences. Les nombreux paramètres influant la RSE sont à l’origine des divergences d’explication et d’interprétation des mécanismes proposés dans la littérature. Les études antérieures se sont intéressées aux conséquences macroscopiques (gonflement et perte de masse), par contre plusieurs études récentes s’intéressent plus spécifiquement aux effets de transfert et de couplage entre les aspects chimiques et physiques de la RSE. En général, les ions sulfate pénètrent à l’intérieur du matériau par un mécanisme de transfert ce qui conduit à une réaction chimique avec les composants de la pâte de ciment durcie. La réponse aux besoins d’évaluer la performance résiduelle des structures atteintes de RSE nécessite le développement d’une méthode de vieillissement accéléré contrôlée afin de normaliser les essais de RSE. Malgré les nombreux travaux menés dans ce domaine, la dispersion importante des résultats des divers laboratoires n’a jusqu’alors pas permis de définir un essai jugé représentatif par l’ensemble des chercheurs. Dans ce contexte, la thèse intitulée « Étude multi-échelle de l’attaque sulfatique externe dans les structures en béton armé » propose une démarche expérimentale menée à différentes échelles sur des éprouvettes fabriquées avec des matériaux à base de ciment (pâtes de ciment, mortiers, bétons et bétons armés) soumises à la RSE. Une méthode de suivi des profondeurs de pénétration par séchage reflétant la concentration de sulfates libres dans la solution a été appliquée sur des éprouvettes en pâte de ciment. Des tendances similaires ont été observées en comparant les résultats entre méthode par séchage et ICP. L’évaluation subjective de la méthode par séchage effectué à la fin des essais a permis d’identifier les avantages, inconvénients et perspectives. Le comportement des mortiers face à la RSE a été évalué en appliquant trois méthodes d’accélérations (immersion totale, semi-immersion et cycle humidification/séchage) et par des suivis d’expansion, masse, résistance en compression, résistance en flexion et des mesures de la porosité totale. De plus, les changements au niveau de la microstructure ont été étudié par méthode MIP et observation MEB. L’influence du type de ciment et E/C ont été évident sur la résistance des mortiers face à la RSE. Une autre étude sur des éprouvettes en béton a confirmé les résultats obtenues sur mortiers surtout sur l’effet du type du ciment et des additions minérales sur le performance face à la RSE. Finalement, une étude sur la durabilité des éprouvettes en béton armé a été effectué en suivant les changements au niveau de la déformation et en évaluant l’effet de la RSE sur l’adhérence entre acier et béton armé en performant des essais d’arrachements (Pull-out test)
Concrete structures are highly exposed to different types of destructive processes attributed to the presence of aggressive agents in the surrounding environment. This can involve the exposure to external sulfate attack (ESA) considered as a main threat to the durability of structures. The attack can be defined as a series of chemical reactions that occur in a cement-based material between sulfate ions, having penetrated into the matrix by a transport process, and cement hydrates. The degradation mechanism includes expansion caused by the formation of expansive products (ettringite and/or gypsum), microcracks, strength loss and visible deterioration. The progress of ESA is influenced by several parameters existing in the material itself including the chemical composition of the cement, mainly the tricalcium aluminate (C3A) content, presence of mineral additions and the water to cement (w/c) ratio. Overall, the physico-chemical aspects of ESA and their impacts on the microstructure of the material have been elaborated in different previous studies. Despite differences, all previous works point out to the same conclusion related to the severity of ESA and its destructive impacts on the durability of concrete structures. However, the understanding of the entire phenomenon remains incomplete and unclear. Therefore, in this thesis work titled “Multi scale study of the effects of External Sulfate Attack (ESA) on reinforced concrete structures”, we perform a series of experimental studies on cement paste, mortar, concrete and reinforced concrete specimens all exposed to ESA in order to elaborate a full characterization of the macroscopic and microscopic behaviors associated to the exposure of cement-based materials to ESA. The approaches were based on developing different accelerated testing methods inside laboratories in order to monitor the macroscopic and microscopic damages experienced by different types of mixes within a short period of time. The experimental procedures include the investigation techniques that helped in monitoring the behavior of the specimens against ESA. The studies on the cement paste samples included the application of new drying technique to measure the penetration depth of sulfate ions. The results showed that the differences between drying and ICP-AES methods were not so significant; hence a subjective evaluation of the drying method was presented including the advantages, disadvantages and possible perspectives.The performance of mortar specimens was studied based on the overall results obtained after recording the variations in expansion, mass, compressive strength, flexural strength and porosity (WAPT) at specified experimental time intervals. A comparison was made between three different accelerated testing methods and most importantly the influence of the mortar mix on the response against ESA was evaluated by specifying the most influencing parameters (mineral additions and w/c ratio). The results showed that mortars mixed with CEM III and CEM V resist better against ESA whereas CEM I based mixes experienced high levels of expansion and macroscopic damage. The microstructure was characterized at the surface level via MIP results based on the porosity distribution and pore volume variations which helped in confirming that the major changes in microstructure occur in specimens made with CEM I rather than CEM III or CEM V. The tests performed on concrete specimens helped in studying the behavior of different types of concrete mixes and types of cement against ESA, hence determining once again that CEM I is less resistant than CEM III and CEM V against sulfate ingress. Finally, by analyzing the results obtained from the direct “pull-out” tests performed on reinforced specimens, a relation was established between ESA and bond behavior between reinforced steel and concrete

De nombreux bâtiments existants sont parfois confrontés à un manque de résistance pouvant sérieusement compromettre la sécurité des personnes lors de phénomènes sismiques. Ces bâtiments, conçus à l’origine pour des charges verticales, étaient rarement édifiés de façon à résister aux mouvements sismiques latéraux. Dans le but d’améliorer la résistance de l’ancien bâti et atténuer les risques qu’il présente, la réhabilitation et le renforcement de ces ouvrages deviennent un enjeu stratégique. La technique des armatures collées en matériaux composites acquiert une importance croissante dans le domaine du renforcement des structures. Elle s'avère notamment intéressante pour le renforcement et la réparation des structures en béton armé. Pour réduire le coût et assurer un comportement relativement plus ductile pour des éléments en béton armés renforcés, l'addition des fibres de verre pourrait être considérée comme une solution de rechange, puisqu'elles sont relativement plus déformables et leur coût et plus bas que la fibre de carbone. Dans ce contexte, le travail présenté vise à évaluer l'efficacité du renfort externe sur les poutres renforcées par le tissu de FRP (verre - carbone). La présente étude évalue l’influence et l’efficacité du renforcement externe des poutres et noeuds en béton armé, par un renfort en fibre de verre et de carbone, selon différentes configurations de renforcement. Elles combinent l'usage séparé de fibres de carbone et de verre unidirectionnel avec un ancrage en forme de U. Dans les mêmes conditions un tissu hybride bidirectionnel verre-carbone est aussi testé. Un total de dix poutres et onze noeuds en béton armés ont été renforcées et testées sous un chargement cyclique pour les poutres et alterné pour les noeuds. Les résultats ont été analysés en termes de résistance, rigidité, ductilité et mode de rupture. Ils montrent que la configuration de renfort en U a considérablement amélioré la résistance à la flexion et à contribuée à la redistribution des efforts internes en permettant d’augmenter la déformabilité des poutres. L’utilisation d’un renfort hybride en fibres de verre-carbone unidirectionnel, à montré son efficacité. C’est une solution très avantageuse pour le renforcement des structures en béton armé
A large number of existing buildings are faced with a lack of strength which may seriously compromise the security of persons in the case of seismic shaking. These buildings, conceived initially for vertical loading, were rarely designed and constructed so as to take up lateral seismic shaking movements. In the aim of improving the strength of these existing buildings, and hence attenuate the risks that may be induced, their rehabilitation and strengthening are of a strategic interest. The glued reinforcing technique in composite materials is widely being used as a new strengthening technique in structures. This technique is particularly interesting for the repair and strengthening of reinforced concrete structures. In the aim of reducing the cost and ensuring a relatively more ductile behaviour for the strengthened reinforced concrete elements, the addition of glass fibres could be considered as a replacement solution since glass fibres are relatively more deformable and with a lesser cost compared to carbon fibres. In this sense, the present work aims at evaluating the efficiency of external strengthening in FRP fabric (glass, carbon) on reinforced concrete elements. The study evaluate the influence and the efficiency of external strengthening of reinforced concrete beams and reinforced concrete bam-column joints using glass-FRP and carbon-FRP tissues in different strengthening configurations. These configurations combine the separate use of carbon fibres and glass fibres tissues unidirectional with a U-shaped anchorage, together with a bidirectional hybrid fabric glass-carbon fibre. A total of ten reinforced concrete beams and eleven reinforced concrete beam-column joints, were strengthened and tested under cyclic loading for the beams and alternate loading for the joints. The testing data analysed concerned the strength, the stiffness, the ductility and the failure mode. They clearly show that the strengthening configuration in a U-shape has considerably improved the flexural strength and contributed to the redistribution of internal forces, enabling the deformations of beams to increase. The use of a hybrid strengthening pattern glass-carbon unidirectionally was more efficient. It represents an advantageous solution for the strengthening of reinforced concrete structures

L’étude sur le renforcement ou la réparation des structures en béton armé par collage de matériaux composites sont largement effectuée depuis plus de deux décennies. Les avantages mécaniques et physiques sur la résistance à la flexion, la résistance au cisaillement, le comportement mécanique, la durabilité, l’efficacité du renforcement ont bien approuvés. Les méthodes du renforcement par les matériaux composites peuvent être distinguées comme le renforcement interne, le renforcement externe et le renforcement hybride. Dans ce travail, les poutres en béton hybride armé ont été étudiées. Le renforcement en flexion est assuré par les matériaux en acier et en matériaux composites, plaque en CFRP. Deux modes de liaison entre la surface du béton et la surface de la plaque en CFRP sont proposées : liaison directe et liaison à l’aide d’une couche de résine époxyde. Dans cette étude, trois séries différentes de poutres renforcées hybrides ont été utilisées: une liaison directe entre les deux matériaux, la seconde avec une liaison adhésive entre les deux matériaux et la dernière avec une liaison spécifique. Les performances mécaniques de ces poutres, comportement mécanique, modes de rupture, charge ultime, charge correspondant aux premières fissures dans le béton, charge correspondant à la plastification de l'acier longitudinal et l’influence de l'adhérence entre la surface du béton et la surface du CFRP plaque ont été analysés. La méthode numérique par éléments finis a également été utilisée pour analyser les performances mécaniques des poutres. Les résultats apportent de nouvelles connaissances sur les avantages mécaniques des poutres en béton hybride armé
The study on strengthening or repairing reinforced concrete structures by bonding composite materials has been widely carried out for more than two decades. The mechanical and physical advantages on flexural strength, shear strength, mechanical behaviour, durability, reinforcement efficiency have been well approved. The methods of reinforcement by composite materials can be distinguished as internal reinforcement, external reinforcement and hybrid reinforcement. In this work, the hybrid reinforced concrete beams were studied. Reinforcement in bending is provided by steel and composite materials, CFRP plate. Two bonding methods between the concrete surface and the CFRP plate surface are proposed: direct bonding and bonding using an epoxy resin layer. In this study, three different series of hybrid-reinforced beams were used: a direct bond between the two materials, the second with an adhesive bond between the two materials and the last with a specific bond. The mechanical performance of these beams, mechanical behaviour, failure modes, ultimate load, load corresponding to the first cracks in the concrete, load corresponding to the plasticization of the longitudinal steel and the influence of the adhesion between the concrete surface and the surface of the CFRP plate were analysed. The numerical finite element method was also used to analyse the mechanical performance of the beams. The results provide new knowledge on the mechanical advantages of hybrid reinforced concrete beams

Pour déterminer la vulnérabilité et la ruine des structures en béton armé soumises à une onde de choc engendrée par une explosion, le centre d'études de Gramat (c. E. G. ) a développé un nouveau modèle de comportement pour le béton. Ce modèle isotrope, base sur la théorie de l'endommagement utilise deux variables scalaires d'endommagement afin de prendre en compte divers phénomènes tels que: la dissymétrie en tension et compression, le caractère unilatéral (ouverture-fermeture de fissures), l'existence de déformations anélastiques, les effets des vitesses de déformation et les effets de frottement. Couplé à une méthode de régularisation de la localisation, ce modèle permet d'assurer une indépendance des résultats vis à vis du maillage. La formulation explicite, sans processus itératif, de cette loi de comportement permet également d'obtenir une certaine rapidité (temps de calcul) et robustesse (instabilités lors de la rupture du béton) lors des simulations numériques. Afin de valider ce modèle de comportement du béton en dynamique, des essais de souffle sur des dalles circulaires en béton arme ont été réalises au c. E. G. A l'aide d'un tube a choc. Des comparaisons calculs/expériences montrent les capacités et possibilités de cette nouvelle formulation

Les développements récents des moyens informatiques permettent d'appréhender le calcul des structures sous chargement complexes en utilisant des modèles de comportements réalistes. Malgré tout les calculs e. F. Classiques, utiles pour la vérification des ouvrages, sont encore lourds à manipuler et ne répondent pas toujours aux exigences de la conception. Dans ce contexte le travail réalisé porte sur l'étude d'une modélisation simplifiée du calcul des structures en béton arme. Les bases de cet outil sont: une description éléments finis multicouche de la structure, un modèle d'endommagement a caractère unilatéral, l'introduction des distorsions liées au cisaillement. Cette modélisation est développée dans le cadre du programme expérimental CASSBA ce qui permet d'apprécier son champ d'application pour le calcul dynamique des bâtiments. Enfin la réponse aux chocs des ouvrages est abordée par l'élaboration et l'implantation d'un modèle de comportement visco-endommageable de conception classique. L'utilité d'un tel modèle est montrée pour la modélisation de l'influence de la vitesse de chargement sur le comportement du matériau ainsi que pour le caractère stabilisant sur réponse numérique des calculs de structures soumises a un choc

Le travail décrit dans le présent mémoire est une contribution à l'étude du comportement des dalles en bétons armé de haute performance. Il peut être considéré comme le dernier élément d'une démarche collective visant à établir l'intérêt de développer un béton armé de haute performance en tant que nouveau matériau de construction. L'étude du domaine des petites déformations et des petits déplacements, a précédé celle de l'évolution de la fissuration conduisant à la ruine, car c'est là que s'exprime le plus la haute résistance des matériaux constitutifs. Les effets néfastes du vieillissement du béton sur la résistance à la microfissuration ont été mis en évidence. Le rôle indéniable de l'acier de haute limite élastique comme bonificateur des performances de l'élément de structure dans son domaine d'utilisation a été constaté. L'examen du domaine post-élastique a permis d'observer que l'influence de la limite d'élasticité de l'armature n'est déterminante que lors de la transformation de l'élément de structure en mécanisme. Enfin une ouverture de cette recherche a été pratiquée à l'usage de l'ingénieur grâce à une simulation numérique.

Cette etude traite de la conception et de l'elaboration d'un modele de calcul permettant d'estimer la probabilite de defaillance par flambement d'un poteau en beton arme, dont les extremites peuvent etre articulees, elastiquement encastrees ou rigidement encastrees. Le modele mecanique, base sur une methode de discretisation en troncons lineaires, permet d'une part un calcul rapide et precis de la capacite portante, et d'autre part, de tenir compte des variations des caracteristiques du poteau le long de la ligne moyenne. Les differentes variables structurales et de chargement etant considerees comme aleatoires, plusieurs techniques d'estimation de la probabilite de defaillance sont comparees. Il en ressort que la technique des simulations de monte carlo est la mieux appropriee a l'analyse de la fiabilite des poteaux en beton arme. L'etude, par cette methode, de la securite offerte par les codes de calcul revele que celle-ci n'est pas homogene, mais varie en fonction de parametres comme l'elancement, le type de liaison, le coefficient de chargement, l'excentricite initiale de la charge et la distribution de la resistance du beton

Les enquêtes récentes sur les séismes ont fait ressortir l'importance des murs en béton armé en tant que partie intégrante des structures. L'évolution des règlements prend en compte ces considérations, par contre le bâti existant doit subir des renforcements dans l'objectif de leur mise en conformité. Dans cette thèse une étude expérimentale faite sur douze murs (six élancés et six courts) renforcés par un collage externe en composite a été conduite. Les murs ont été conçus en étant sous-renforcés à la flexion et cisaillement. Quatre de ces six échantillons ont été renforcés par des bandes de PRFC collées. Deux spécimens, un témoin et un renforcé, ont été soumis à un test de chargement statique et quatre échantillons, l'un témoin et trois rénovés, ont été soumis à des essais de charge cyclique. La discussion et l'analyse des tests incluent la description de la fissuration, l'analyse de la rigidité, de la capacité de charge ultime, de la ductilité.

Le but de cette thèse est l'étude prédictive par calcul aux éléments finis des effets de la fissuration à l'échelle de structures en béton armé et précontraint soumises à des chargements statiques, cycliques et dynamiques. Il s'agit d'une part de préciser les lois de comportement des matériaux constitutifs de ces structures, et d'autre part de développer des outils numériques adaptés. Pour la modélisation du comportement du béton, un modèle du comportement macroscopique est présenté, couplant la plasticité à l'endommagement. Pour la partie plastique, il s'agit d'adapter la loi élastoplastique au comportement spécifique du béton. La (micro)fissuration du matériau est représentée à l'échelle macroscopique en termes de déformations plastiques, et l'apparition et l'évolution du dommage par l'évolution de variables plastiques. En particulier, la porosité plastique modélise la variation irréversible de l'espace poreux connecté créé par (micro)fissuration. Cette signification physique est à la base du couplage phénoménologique de la plasticité et de l'endommagement : les effets du dommage sont modélisés par une variation des caractéristiques élastiques fonction de la variable d'endommagement choisie : la porosité plastique. Cette loi de comportement est utilisée au sein d'un élément fini particulier : l'élément poutre multifibre, issu de l'extension des approches multicouches au cas tridimensionnel. L'outil numérique développé permet de prendre en compte des phénomènes non-linéaires tant matériels que géométriques dans l'analyse de structures à poutres sous des chargement divers avec un temps de calcul raisonnable. Pour l'application au cas des structures en béton précontraint, la formulation prend en compte des déplacements relatifs (glissement) entre câble précontraint et béton : la précontrainte est traitée comme un problème de condition aux limites à l'interface acier-béton. Ces développements sont mis en oeuvre dans un code de calcul par éléments finis. Au travers d'exemples d'applications numériques, le domaine d'application et les limites des outils proposés sont précisés. Ces outils se veulent une aide à la conception pour les ingénieurs, dans les études prédictives des effets du dommage à l'échelle des structures.

Une théorie tridimensionnelle des poutres élastiques, heterogenes dans leur section est élaborée. Elle permet de trouver les champs tridimensionnels de déplacements et de contraintes avec un investissement beaucoup plus faible que celui correspondant au calcul complet tridimensionnel par éléments finis. Il s'agit de la solution intérieure de la poutre, à grande longueur de variation qui ne vérifie les conditions aux limites aux extrémités qu'en moyenne. La démarche consiste a compléter la solution classique des poutres avec des champs correcteurs détermines par une analyse de l'erreur. L'obtention de ces champs tridimensionnels nécessite la résolution, dans la section droite, de plusieurs problèmes d'élasticité linéaire de type plan et anti-plan par éléments finis bidimensionnels. Dans le cas de Saint-Venant, ces problèmes, ne dépendant que de la géométrie et des matériaux constitutifs de la poutre, sont donc résolus une fois pour tout type de chargement. La solution est du second ordre alors que la théorie linéaire classique des poutres est du premier ordre. La théorie est appliquée pour caractériser l'évolution de l'endommagement dans les poutres en béton arme. Des exemples numériques mettent en évidence l'interet des informations tridimensionnelles obtenues

Cette etude traite de la conception et de la construction d'un modele de calcul permettant l'evaluation de la probabilite de ruine par flexion d'une poutre bi-encastree en beton arme soumise a l'action de charges statiques. Une relation moment-courbure originale est proposee, permettant, d'une part, de mieux tenir compte de l'adaptation plastique et, d'autre part, de realiser un gain appreciable en temps de calcul. Les resultats obtenus permettent d'evaluer de facon quantitative l'influence sur la securite, des diverses incertitudes d'execution et d'exploitation ainsi que celles d'autres parametres comme le pourcentage d'armatures ou le rapport des charges permanentes aux charges totales

En Génie civil, la tendance actuelle à concevoir des structures de plus en plus élancées et le besoin d'optimiser les quantités de matériau, conduisent les projeteurs à mener des calculs prenant en compte les non-linéarités du système. En ouvrage d'art, considérer le couplage entre les non-linéarités matérielle et géométrique est impératif, d'où la nécessité de disposer d'outils informatiques adaptés au métier et résolvant ce problème. Nous proposons une formulation basée sur les coordonnées convectées spatiales en décomposant le mouvement d'une particule en un mouvement de corps rigide de grande amplitude et un mouvement modéré induisant les déformations. Ceci permet de prendre en compte les grands déplacements et les grandes rotations pour des éléments de poutre tridimensionnels alors que la non-linéarité matérielle repose sur l'hypothèse des petites déformations. On peut ainsi modéliser les ossatures spatiales composées de métal, de béton armé ou de béton précontraint. Les effets différés, à savoir le retrait et le fluage du béton ainsi que la relaxation des aciers de précontrainte, sont intégrés dans le schéma général de résolution. Pour simuler la construction des ouvrages d'art et étudier leur schéma statique, nous développons la prise en compte des grands déplacements pour les articulations ainsi qu'un élément simulant correctement le comportement d'un câble pesant, même lors des phases où il est détendu. Nous développons le calcul d'instabilité élastique à partir de la matrice des contraintes initiales issue de notre formulation. Nous proposons l'extension possible de l'algorithme de résolution du cas de chargement statique au cas dynamique. Nous validons notre approche en confrontant les résultats de nos calculs à des mesures expérimentales ou à la solution théorique de cas tests représentatifs. Enfin, une exemple d'utilisation du programme sur un tel projet réel est présenté : la simulation du remplacement du système de suspension du Pont de Tancarville
In the field of civil engineering, the current trend to design structures more and more slender and the need to reduce the quantities of material, lead designers to make nonlinear calculations taking into account of the nonlinearities of the System. In the field of engineering structures, considering both material and geometrical nonlinearities is essential, therefrom the necessity to have computer tools fitting the profession and solving that problem. We propose a space convected coordinates based formulation consisting in breaking up the movement of a particle into a large rigid body movement and a small movement inducing strains. Large displacements and large rotations are taken into account for tridimensional beam éléments, whereas the material nonlinearity is based on the hypothesis of small strains. We can modelize space frames made of métal, of reinforced concrète or prestressed concrète. Delayed effects, that are concrète shrinkage and creep and prestressed concrète steel relaxation, are integrated in the général resolution scheme. In order to simulate the engineering structures construction and to study their statics, we consider large displacements for articulations, and we develop a spécifie beam élément that simulâtes correctly the behaviour of weighty cables, even though when not tensed. From the initial stress matrix, we develop the linear instability calculation. We propose the possible extension of our resolution scheme from static loads to dynamic ones. We validate our approach by comparing the results of our calculations tô the expérimental results or the theoretical solution of représentative tests. At last, an example of use of the programme on a real project is shown : the simulation of the replacement of the suspension System of the Tancarville Bridge

La gestion des structures en béton armé dans le but d’assurer leur sécurité et leur durabilité est devenu un challenge économique d’importance notable. La réponse à ce challenge tient en partie dans la recherche d’un plan d’inspection, de maintenance et de réparation (IMR) optimisé en fonction de contraintes de sureté. Ce travail est placé dans un cadre de maintenance préventive, où les dégradations du béton considérées peuvent amener à la corrosion des armatures, non à la défaillance structurelle. Les modèles de dégradation concernés sont placés dans un cadre probabiliste où la variabilité spatiale de l’exposition environnementale et des propriétés matériaux du béton sont prises en comptes. Sur la base de ces prédictions, un plan d’expérience adaptatif permet d’identifier, à une date donnée, où il est intéressant d’inspecter la structure pour évaluer son état qui conditionnera la décision de maintenance ou de réparation. Un arbre de décision permet ensuite de prédire l’évolution probabiliste de cet état incluant les effets des maintenances et réparations. Ce modèle est enfin utilisé dans une procédure d’optimisation qui vise à déterminer quand et avec quel outil cette structure doit être inspectée pour optimiser l’espérance du budget de suivi d’une structure ou d’un parc ainsi que les incertitudes associées liées aux erreurs de mesure, tout en prenant en compte les diverses contraintes spécifiques des gestionnaires d’ouvrages
The development of modern societies has seen the construction of several structures and infrastructures built in reinforced concrete. The management of those structures, potentially large and subjected to important pathologies, aiming at ensuring and guaranteeing their safety and durability has become a true economical challenge. Looking for an optimal inspection, maintenance and repair plan according to safety constraints is one of the possible solutions to address this challenge. This work is bounded by a preventive maintenance context where the concrete degradations may lead to the corrosion of the reinforcements and not to structural failure. The corresponding degradation models are put in an uncertainty context where the spatial variability of the environmental exposure and the concrete properties are accounted for. Based on such predictions, an adaptive design of experiments helps to identify, at a given time, where the structure should be inspected in order to evaluate its degradation state which will indicate the need for maintenance or a repair action. A decision tree therefore allows to predict the probabilistic evolution of the structure state, including the effect of maintenance and repairs. This tree is then used in an optimisation process which aims at finding where and with which inspection technique the structure is to be inspected to minimise both the expectation of the exploitation costs and the associated uncertainties due to the measurement errors, accounting for the stakeholder’s constraints

La corrosion des armatures est l’une des causes principales de la diminution de la performance structurale des ouvrages en béton armé au cours du temps. La littérature fait clairement état d’un nombre très limité d’études expérimentales, visant à caractériser le comportement dynamique des ouvrages en béton armé atteints de corrosion en considérant des sollicitions de nature dynamique.Pour pallier les manques relevés dans les études expérimentales antérieures, une campagne d'essai est conduite sur des poutres en béton armé de grande échelle. Ces poutres corrodées avec une technique de corrosion accélérée sont soumises à des chargements de nature quasi-statique aussi bien que dynamique.À partir des résultats expérimentaux dynamiques et quasi-statiques, l’évaluation de certaines grandeurs d’intérêt, notamment la capacité portante, la ductilité, la capacité hystérétique, les fréquences propres et les coefficients d’amortissement, est réalisée. Dès lors, l’effet de la corrosion sur ces différentes grandeurs est relevé, la comparaison entre les conclusions issues d’essais dynamiques et celles issues d’essais quasi-statiques est établie.Afin de capitaliser les résultats issus de la campagne d’essai, un modèle numérique est développé. Ce modèle multifibre, à faible coût de calcul, intègre certains effets de la pathologie de corrosion, notamment la réduction localisée de la section utile des barres corrodées, la dégradation des propriétés mécaniques de l'acier et l'état de fissuration du béton d'enrobage. Une étude de sensibilité du modèle développé à ces différentes composantes a été réalisée, en comparaison avec les résultats d’essais expérimentaux
Reinforcement corrosion is one of the main causes of the decrease in the structural performance of reinforced concrete (RC) structures over time. The literature clearly reports a very limited number of experimental studies aimed at characterizing the dynamic behavior of corroded RC structures by the means of dynamic loadings.To improve the state of knowledge in terms of dynamic behavior of corroded RC structures, an experimental campaign is conducted on large-scale RC beams. These beams are corroded using an accelerated corrosion technique and subjected to quasi-static as well as dynamic loadings.From the experimental results, the evaluation of certain quantities of interest, in particular the bearing capacity, the ductility, the hysteretic capacity, the natural frequencies and the damping ratios, is carried out. Therefore, the effect of corrosion on these different quantities is revealed and the comparison between the conclusions drawn by dynamic and quasi-static tests is established.In order to capitalize the experimental campaign results, a numerical model is developed. This multifiber model, with a low computational cost, integrates certain effects of corrosion pathology, in particular the localized reduction of the corroded bars section, the degradation of the mechanical properties of the steel and the concrete cover cracking. A sensitivity study of the developed model to these different components was carried out, in comparison with the experimental results

De nos jours, la corrosion des armatures engendre une usure accrue des structures en béton armé suscitant une inquiétude grandissante de la population. Afin d’éliminer ce problème, l’utilisation de barres d’armature en polymères renforcés de fibres (PRF) représentent une solution de substitution des barres d’armature en acier. Le projet de recherche s’effectue dans le cadre de la réfection complète en armatures composites de la dalle du quai de déchargement à l’incinérateur de la ville de Québec. En fait, les matériaux composites sont considérés, car ils constituent une solution alternative à l’acier et sont très avantageux considérant leurs propriétés mécaniques et leur comportement. Cependant, il y a toujours un manque d’informations sur la durabilité de ces types de barres soumises à des charges cycliques dans un environnement agressif. Le projet de recherche vise à étudier le comportement en service sur une toute nouvelle application, soit une dalle d'un quai de déchargement de déchets et l’expérimentation s’est effectuée à l’incinérateur de Québec. L’objectif global du projet est de caractériser le comportement en service (flèche, fissuration, déformation) des PRFV sous des sollicitations environnementales particulières et sous des charges importantes à l’intérieur du bâtiment. L’ouvrage est constitué d’une dalle de béton unidirectionnelle de 200 mm d'épaisseur supportée par des poutres de béton à travées multiples variant approximativement de 6 à 11,5 m. Cette dalle, ayant une surface approximative de 1300 mètres carrés, est conçue conformément à la norme CAN/CSA-S806-02¹ ainsi que la norme CAN/CSA-S6-06². Lors de la construction, des équipements de mesure ont été installés à des endroits stratégiques, ce qui a permis d’effectuer des études paramétriques, plus particulièrement sur la flèche, la fissuration ainsi que sur l’augmentation des contraintes et des déformations. Ces études sont requises étant donné que les critères en service prônent sur les critères de résistance lors de la conception. Afin de caractériser le comportement en service de l’ouvrage, des essais de chargement ont été réalisés, et ce, avec les camions-vidanges. La validation et la comparaison des résultats expérimentaux et théoriques ont permis de déterminer si les normes actuelles surestiment certaines valeurs pour le calcul des états limites de service.

En Octobre 2005, un tremblement de terre, 7. 4 sur l'échelle de Richter a frappé le nord du Pakistan et a causé 80 000 décès et a sévèrement endommagé des structures. La qualité des matériaux de construction et les lacunes dans l'application des règles parasismiques ont été les deux principales causes de l'ampleur de la catastrophe. Pour une structure, survivre à un événement sismique dépend principalement de sa capacité à dissiper l'énergie qui lui est transmise. Plus l'énergie dissipée est importante, meilleure est la performance de la structure. La pratique courante est d'utiliser le béton armé ordinaire comme matériau de construction. Un des principaux objectifs de cette étude est de répondre à une question subséquente : est-il possible d'améliorer les propriétés du béton armé ordinaire pour les applications parasismiques? Un renfort par des fibres est habituellement utilisé pour améliorer la ténacité et la ductilité des matériaux à base cimentaires, réputés fragiles. La présente étude vise à évaluer la contribution d'un renfort mixte de deux types de fibres métalliques pour améliorer les propriétés mécaniques en particulier la capacité de bétons armés ordinaires à dissiper l'énergie. Un type particulier de fibres (FibraFlex), qualifié de non glissant, capable de contrôler efficacement les micro-fissures et des fibres Dramix à crochets, qualifiées de glissantes, capables de contrôler les macro-fissures ont été étudiées individuellement ou sous forme de renfort mixte. Le dosage maximal en fibres était de 40 kg/m3 lorsqu'un seul type de fibre a été utilisé alors qu'il était de 80 kg/m3 dans le cas d'un fibrage mixte. Les résultats des essais de chargement cyclique alterné en flexion effectués sur les poutres en béton avec renforcement classique au taux de 0. 19% combiné avec un renfort par des fibres métalliques a montré que, pour des déplacements de faible amplitude, les fibres FibraFlex confèrent un gain important dans la capacité de dissipation d'énergie. En revanche, pour des déplacements de grande amplitude, le rôle des fibres Dramix devient prépondérant pour améliorer cette capacité à dissiper de l'énergie. A la suite de l'action de chaque type de fibre à différents niveaux d'amplitude des déplacements, une augmentation significative de la capacité de dissipation de l'énergie de la poutre en béton armé a été enregistrée lorsqu'un fibrage mixte a été utilisé à raison de 80 kg/m3 (40 kg/m3 pour chaque type de fibre). Un modèle numérique 3D pour prédire le comportement du béton renforcé par des fibres glissantes et non-glissantes sous forme monotype ou sous forme mixte est proposé. Considérant le béton renforcé par des fibres (BRF) comme un composite à deux phases, les lois de comportement du béton ordinaire et la contribution des fibres glissantes ont été décrites. Elles ont ensuite été rassemblées en fonction de la théorie anisotrope endommageable pour prédire le comportement mécanique de BRF. La loi de comportement utilisé pour le béton ordinaire est basée sur les théories de l'endommagement et de la plasticité. La loi de comportement de fibres glissantes (Dramix) est basée sur la contrainte effective reprise par les fibres pour contrôler la fissure : elle dépend des caractéristiques de la fibre et d'un paramètre d'endommagement caractérisant la dégradation de l'interface fibre-matrice. Pour traiter les fibres non- glissantes, une approche simplifiée est proposée dans laquelle la loi de comportement du béton ordinaire est utilisé avec une valeur accrue de l'énergie de rupture obtenue par le biais de l'essai de traction directe sur le BRF. Enfin, pour simuler le comportement des composites avec un renfort mixte, les contributions des fibres glissantes et des fibres non-glissantes sont combinées et ceci sans recourir à une équation supplémentaire. Une approche simplifiée pour modéliser l'interface acier-béton dans le cas d'éléments en béton armé a été également proposée. Cette approche considère l'interface acier-béton comme un élément de liaison avec les propriétés isotrope élasto-plastique tandis que la barre en acier est modélisée comme un élément de barre uniaxiale avec un comportement élasto-plastique parfait. Cet outil a été testé en simulant un essai d'arrachement ainsi qu'un essai tirant sur des échantillons de béton armé. Le modèle 3D pour BRF ainsi que l'approche simplifiée pour l'interface acier-béton avec des paramètres ajustés ont ensuite été utilisés pour simuler le comportement en flexion de poutre en béton avec renforcement classique et avec un renfort de fibres métalliques. Les résultats de cette modélisation se sont révélés en bon accord avec les résultats expérimentaux
In October 2005, an earthquake 7. 4 on Richter scale hit the northern area of Pakistan and caused 80 thousand deaths and severe damage to structures. Poor construction material and lack of seismic design considerations were the two major reasons of this severe damage. For structures, surviving a seismic event depends mainly on their capacity for energy dissipation. The greater the energy dissipated, the better the structure performance. In Pakistan, usual practice is to use normal strength reinforced concrete as a construction material. One of the main objectives of this study is to respond to an important question: is it possible to improve the properties of normal strength reinforced concrete for the seismic application? Fiber reinforcement is commonly used to provide toughness and ductility to brittle cementitious matrices. The present study aims to evaluate the contribution of two different types of metallic fibers in hybrid form to improve the mechanical properties, energy dissipation in particular, of normal strength reinforced concrete. A special kind of fiber (FibraFlex) capable of restraining micro-cracking effectively and commonly used carbon steel hooked-ends fibers (Dramix) capable of restraining macro-cracking have been investigated in mono and hybrid forms. The first is qualified as non-sliding fiber while the second is considered as sliding fiber. The maximum content of fiber in mono and hybrid form investigated in this research study was 40 kg/m3 and 80 kg/m3 respectively. The results of reverse cyclic flexural loading tests performed on reinforced fibrous concrete beams having conventional steel ratio (1) equal to 0. 19%, showed that the FibraFlex fibers provide an important gain in energy dissipation at low levels of displacement amplitude. At large displacement amplitude, role of Dramix fibers is more significant to improve energy dissipation. As a result of different action of each fiber at different displacement amplitude levels, a significant increase in energy dissipation capacity of RC beam was registered when both fibers were used in hybrid form at content of 80 kg/m3 (40 kg/m3 of each type of fiber). A 3D numerical model to predict the behaviour of concrete matrix reinforced with sliding and non-sliding fibers both in mono and hybrid forms is proposed. Considering fiber reinforced concrete as two phases composite, constitutive behaviour laws of plain concrete and sliding fibers were described and then they were combined according to anisotropic damage theory to predict the mechanical behaviour of FRC. The behaviour law used for the plain concrete is based on damage and plasticity theories. The behaviour law of the action of sliding fibers (Dramix) in the matrix is based on the effective stress carried by the fibers while bridging the crack which depends on a damage parameter related to on one hand on the content and the mechanical properties of the fiber and on the other hand, on the fiber-matrix bond. To treat non-sliding fiber, a simplified approach is proposed in which constitutive law of plain concrete is used with increased value of fracture energy obtained from the direct tensile test on concrete reinforced with non-sliding fibers. Finally, to simulate the behaviour of hybrid fiber reinforced concrete, approaches to model sliding and non-sliding fibers are combined without any additive equation. A simplified approach to model the steel-concrete interface in case of reinforced concrete elements has been also proposed. This approach considers the steel-concrete interface as bond element with isotropic elasto-plastic properties. Infect, the bond element replace the steel bar area and steel bar is modelled as uniaxial bar element with elastic-plastic perfect behaviour law. Fitting of this approach was done by simulating pull-out and uniaxial tensile loading tests on RC specimens. 3D model for FRC composites and simplified approach for steel-concrete interface with fitted parameters were then used to simulate the flexural behaviour of reinforced fibrous concrete beam. Modelling results showed good agreement with experimental results

Au lendemain de la Seconde Guerre mondiale, la reconstruction inaugure en France la prise en compte d’une nouvelle échelle d’intervention urbaine et la naissance d’une forme inédite et centralisatrice de maîtrise d’ouvrage. Face aux besoins immenses de logements, l’Etat engage le bâtiment dans la voie de l’industrialisation de ses moyens de production, bouleversant de manière irréversible les habitudes d’un secteur ancestral. On assiste alors à l’émergence d’une solution bien française : le béton préfabriqué. Croisement entre l’hégémonie d’un matériau et l’engouement pour un mode de production récent, il place dorénavant le processus constructif au centre des préoccupations des concepteurs. Après avoir replacé la préfabrication dans le contexte discursif de l’immédiat après-guerre, la thèse tente de prendre la mesure de l’influence étrangère, en particulier la « scène » américaine, sur la modernisation des méthodes et des techniques de construction. Puis, de manière diachronique, elle démontre dans une première période (1940-1949), comment la pénurie favorise un développement fulgurant de la préfabrication qui, auparavant liée à l’industrie métallurgique, est désormais indissociable de la maçonnerie. Enfin, dans une seconde période (1949-1955), marquée par l’amélioration des conditions économiques et matérielles du pays, elle met en exergue le rôle de la préfabrication dans le changement de paradigme structurel qui s’opère dans le logement, au tournant des années 1950
In French cities after the Second World War, reconstruction heralded a rethink in the scale of building along with the rise of a novel, state-run form of construction management. The State, requiring vast numbers of homes to be built, set about industrialising the means of production, transforming irrevocably a building sector long wedded to ancestral habits. The result was a particularly French solution: prefabricated concrete. A cross between the hegemony of material and an infatuation with new production methods, this solution made the construction process the designer's central preoccupation. This thesis begins by looking at the position of prefabrication within the discourse of the immediate post-war era. It then considers the impact of foreign influences, especially those of the American "scene", on the modernisation of building methods and techniques. It then considers prefab development diachronically: it shows how, in an early phase (1940-49), a lack of resources stimulated astonishing progress as prefabrication broke away from the metals industry - its traditional partner - and became instead inseparable from the masonry sector; and it highlights the role of prefabrication, during a later phase marked by growing improvement in the nation's economic and material welfare (1949-1955), in the structural paradigm shift that occurred in housing at the turn of the decade

Ce travail est destiné à mettre au point une méthode de dimensionnement à l'état limite ultime des structures en béton armé fondée sur le calcul à la rupture. La méthode propose une analyse bidimensionnelle, en contrainte plane, dans laquelle les armatures sont représentées comme des milieux continus unidimensionnels plongés dans le béton considéré comme un milieu continu bidimensionnel (modélisation mixte). Appliquant la méthode à la prise en compte de l'effort tranchant dans le dimensionnement des poutres en flexion, on propose de modéliser le renforcement transversal des poutres par la procédure d'homogénéisation en calcul à la rupture, tout en conservant une modélisation discrète des armatures longitudinales. Ayant choisi des critères de résistance simplifiés pour le béton et les armatures, on montre ensuite les limites d'une approche unidimensionnelle du dimensionnement des poutres par le calcul à la rupture. On développe donc une approche numérique fondée sur la programmation linéaire dans le cadre de la méthode des éléments finis. Cette dernière approche permet ainsi d'évaluer l'influence de l'effort tranchant sur la résistance des poutres et de déterminer le domaine de validité de l'approche unidimensionnelle proposée précédemment. La modélisation et l'approche numérique sont finalement validées par comparaison avec des résultats expérimentaux.

Le calcul des constructions vis-à-vis du séisme en prenant en compte la réponse élastique linéaire conduit le plus souvent à des dimensionnements qui ne vont pas dans le sens de l'économie. Afin de permettre à l'ingénieur de tenir compte des différentes non linéarités, la plupart des règlements modernes (règles françaises PS92, règles européennes EC8, etc. ) ont préconisé de réduire les forces issues d'un calcul élastique linéaire par un coefficient appelé : coefficient de comportement. Un logiciel d'évaluation automatique de ce coefficient a été établi, selon la méthode préconisée par les règles ps92, basée sur les critères d'égalité de déplacement et d'énergie. Dans sa phase actuelle, le logiciel traite des structures planes isostatiques encastrées à la base (type brochette). Un calcul statique équivalent est effectue. On recherche de façon itérative la valeur du coefficient de comportement qui satisfait à l'un ou l'autre des critères précédents. A chaque étape de calcul, on dimensionne le ferraillage correspondant à la valeur du coefficient de comportement Q. En plus de cette option, il est possible d'imposer un ferraillage donné et de vérifier la valeur de Q correspondante. D'autres options complémentaires, utiles au niveau de la recherche, ont été introduites. Des exemples de bâtiments à murs en béton armé et d'une pile de pont ont été traités et les valeurs du coefficient de comportement obtenues sont comparées à celles issues d'un calcul dynamique effectue à l'aide d'un programme établi antérieurement au CEBTP et à celles préconisées par les règles PS92. Le calcul statique équivalent donne des valeurs de Q dont les tendances confirment les résultats des calculs dynamiques non-linéaires. Les valeurs forfaitaires réglementaires sont soit trop sévères soit pas assez: la tendance est gouvernée par plusieurs paramètres (période, pourcentage d'armatures, contrainte moyenne de compression,). Dans la plupart des calculs, la convergence du calcul est obtenue avec un nombre d'itérations relativement bas

L’auscultation des ouvrages en béton précontraint à l’aide de la post-tension pose un défi particulier puisque l’armature de précontrainte de même que les gaines de précontrainte sont noyées dans le béton et deviennent, par le fait même, difficilement accessibles pour inspection. L’état des armatures de précontrainte (présence de corrosion) de même que la qualité de l’injection au coulis de ciment des gaines (présence de vides de coulis) sont pourtant des indicateurs importants de la durabilité des ouvrages. Afin d’apporter un éclairage sur l’auscultation de tels ouvrages, la présente étude propose d’abord une revue de la littérature sur les méthodes d’évaluation non destructives et commente leur applicabilité dans le contexte des ouvrages précontraints. Suite à cette étude, la méthode de l’impact écho a été sélectionnée puis mise à profit pour l’auscultation de corps d’épreuve fabriqués en laboratoire ainsi que pour l’auscultation de portions de poutres de ponts démantelés. L’endoscopie, considérée comme une méthode semi-destructive, est venue en appui à la méthode de l’impact écho et a été utilisée sur les mêmes éléments de béton. Suite à la description du processus méthodologique utilisé et des échantillons de béton à disposition, un chapitre entier est dédié aux résultats typiques observés. Les conclusions de l’étude montrent que la pratique d’endoscopies sur les ouvrages précontraints est particulièrement bien adaptée à l’observation de vides de coulis dans les gaines de post-tension et à l’observation de l’état des câbles de précontrainte. Dans le cas de l'impact-écho l’étude a montré que, bien qu’il existe un potentiel de détection des vides de coulis, dans les situations de pièces massives et complexes du fait de la présence de multiples câbles, de la présence de dégradations ou d’imperfections géométriques, l’interprétation des résultats s’avère difficile. Le traitement des résultats (signaux) demande à être plus approfondi avant que la méthode impact écho puisse être utilisée de façon courante sur des éléments massifs.
Auscultation of post-tensioned concrete structures represents a particular challenge because the prestressing reinforcement as well as prestressing ducts are embedded in the concrete and become, thereby, mostly inaccessible to Inspection. However, the condition of the tendons (presence of corrosion) as well as the quality of the grout injection of the ducts (presence of voids) are important indicators of a structure durability. In order to shed light upon auscultation of post-tensioned structures, this study first proposes a review of the literature on nondestructive methods and discusses their applicability in the context of prestressed structure assessment. Based on the review, the impact echo method was selected and utilized for the auscultation of test bodies, manufactured in laboratory, as well as for the auscultation of dismantled post-tensioned bridge sampled beams. Endoscopy, considered a semi-destructive testing method, came in support to the impact echo method and was used on the same concrete test bodies or samples. Following the description of the methodology related to the two assessment methods and the description of the concrete samples available, an entier chapter is dedicated to typical experimental results. The findings of the study show that the practice of endoscopy is particularly well suited to the observation of injection voids or of the prestressed reinforcement state in the grouted ducts.. In the case of the impact-echo the study showed that, although there is a potential of grout void detections, in situations where massive and complex parts are involved (due to the presence of multiple cables, the presence of damage or geometrical imperfections), the interpretation of results is difficult. The treatment of the mesures (signals) needs to be further developed before the impact echo method can be used routinely on large elements.

Le comportement des structures sous certains types d'actions tels que les séismes nécessite une bonne connaissance du comportement des matériaux composants sous des charges cycliques. Dans cette étude, le modèle de comportement cyclique du béton est basé sur la théorie de l'endommagement, sur la mécanique des milieux continus et la thermodynamique des processus irréversibles. Ce modèle tient compte des déformations résiduelles et de la perte de raideur due à la fissuration. Dans son application, les effets biaxiaux et le fluage ne sont pas pris en considération. Le comportement des armatures est considéré élasto - plastique parfait. Une amélioration importante pour l'application du modèle a été de définir une méthode d'identification des paramètres à partir des données physiques obtenues dans les essais classiques de contrôle du béton et d'une expression analytique de la loi de comportement d'usage courant. Le modèle uniaxial est introduit dans un code numérique pour structures planes. La structure à analyser est découpée en plusieurs éléments de poutres. Chaque élément est représenté par un certain nombre de sections. La section est divisée en plusieurs fibres soumises à une sollicitation uniaxiale. Chaque fibre suit sa propre histoire conforme au modèle ci-dessus, mais sa déformation respecte la loi de planéité de la section considérée. Des essais de validation ont été réalisés sur des éprouvettes cylindriques sous charges cycliques de compression, sur des poteaux courts sous compression - traction cyclique et sur des poteaux sous flexion alternée et effort normal constant. La comparaison modèle - essais apporte des résultats encourageants pour l'analyse des structures en béton armé sous charges cycliques.

Cette thèse concerne le comportement des murs en béton armés sous sollicitation sismique. Son objectif est de proposer une modélisation fiable qui puisse aborder la réponse non linéaire d'une grande variété de murs sous sollicitation sismique et d'identifier les apports possibles d'une telle modélisatrion à la conception. Dans un premier temps, les caractéristiques du comportement des voiles sous séisme, certains principes de dimensionnement ainsi que les divers choix de modélisation sont discutés. Les lacunes identifiées justifient la typologie structurelle choisie et l'approche de modélisation adoptée. Trois familles de structures sont choisies : 1) Les murs élancés faiblement armés, 2) Les murs à section en U et 3) Les murs fortement armés faiblement élancés. Une approche locale est proposée, et les modèles des matériaux sont décrits en détails. Dans une deuxième temps, le comportement des maquettes CAMUS I et II faiblement armées, conçues d'après les règles PS92 et testées à la table vibrante dans le cadre du programme CAMUS est simulé à l'aide d'une approche 2-D. Pour la comparaison, le cas de la maquette CAMUS III, concçue selon l'EC 8 est également considéré. Nous abordons ensuite le cas des murs en U. Les résultats des simulations basées sur une modélisation 3-D coques sont confrontés à ceux issus des essais dynamiques et cycliques effectués dans le cadre du programme ICONS. La dernière partie s'attache à tester le modèle numérique dans le cas des murs fortement armés faiblement élancés, semblables à ceux utilisés dans le domaine de la construction nucléaire, soumis à des efforts de cisaillement. L'étude 2-D porte sur la simulation de trois essais pseudodynamiques effectués lors du programme SAFE. Les résultats numériques et expérimentaux sont comparés et discutés et les facteurs essentiels influençant le comportement des voiles sont mis en relief. Différents apports possibles à la conception sont présentés
This thesis deals with aspects of seismic behaviour of reinforced concrete shear walls (RCSW). Its objective is to introduce a useful modelling approach for addressing the non-linear response of a large variety of RCSW and to identify several aspects in which this numerical approach could be implemented into design applications. Firstly, the characteristics of the behaviour of RCSW under seismic loading, some design principles and different modelling approaches are discussed. As an important lack of knowledge in several fields was identified, it was considered that three types of shear walls deserve more attention: 1) Slightly reinforced slender walls, 2) U- shaped walls and 3) Heavily reinforced squat shear walls. A local modelling approach is adopted and the material constitutive models are described in details. Secondly, the behaviour of the two mock-ups, CAMUS I and II, tested on the shaking-table during the CAMUS programme, which are slightly reinforced and designed according to the French code PS92 is simulated using a 2-D finite element model (FEM). For comparison purposes, the case of the CAMUS III mock-up, designed according to EC8, is considered. We are then dealing with the case of U-shaped walls under dynamic and cyclic loading. The results obtained from numerical simulations, based on a 3-D shell FEM, are compared with those obtained from tests carried out in the frame of the ICONS programme. Finally, the numerical model is applied to the case of heavily reinforced squat shear walls (similar to those used in the nuclear power plant buildings) subjected to shear loading. A 2-D FEM is considered in order to simulate the behaviour of three different walls, which were tested pseudodynamically during the SAFE programme. The results from both experimental and numerical studies are compared and discussed. The most important factors affecting the behaviour of RCSW are highlighted. Different examples of possible contributions to design are presented

Ce travail a pour but l'élaboration d'un code d'éléments finis pour le calcul des structures planes en béton armé sous charges monotones. La représentation "répartie" est utilisée tant pour les armatures que pour les fissures. Le béton est considéré comme un matériau élastoplastique écrouissable en compression avec une loi d'écoulement non-associée et élastique fragile en traction. Pour l'acier une loi élastique-parfaitement plastique est adoptée. L'adhérence acier-béton et 1'engrènement sont introduits par des formulations totales non-linéaires réversibles, tandis que pour l'effet de goujon un modèle linéaire a été adopté. La réponse d'un élément fissuré est obtenue par la considération des phénomènes ci-dessus. Une nouvelle stratégie de résolution a été conçue qui permet de suivre les fissurations des éléments une par une afin de bien tenir compte de ce phénomène particulièrement dépendant du trajet de chargement. Les prévisions du programme ont été comparées avec les données expérimentales sur trois exemples de structures. Les résultats sont globalement prometteurs et plusieurs aspects de la réponse des structures ont été approchés d'une façon satisfaisante. D'autre part, des indications sont obtenues sur des améliorations futures et notamment vers l'utilisation d'éléments d'ordre supérieur et l'adoption de modèles plus fins pour les phénomènes mentionnés.

Ce travail a pour but d'étudier la durabilité mécanique du collage blanc (béton) sur noir (enrobé) sans lequel deux structures de chaussée innovantes – le béton de ciment mince collé (BCMC) et le béton armé continu sur grave bitume (BAC sur GB) –, constituées d'une couche de blanc mise en oeuvre sur une couche de noir, n'ont aucun intérêt. Tout d'abord, on s'attache à identifier, à partir d'une analyse bibliographique, un mode de ruine du collage sous l'action du trafic. On établit que les fissures de retrait de la couche de béton constituent le point à partir duquel s'initie et se propage le délaminage. Dans un second temps, ce mode de ruine est simulé par un essai mécanique de fatigue en laboratoire, qui permet d'observer un délaminage progressif. Dans cet essai, le grenaillage de l'interface, comparé au non grenaillage, apporte un collage plus durable. Une analyse mécanique de l'essai est proposée et nécessite d'être être validée avec plus d'essais dans l'avenir. Ensuite, on met au point d'une méthodologie de suivi " in situ " de la qualité du collage par CND, basée sur l'utilisation système d'auscultation mécanique dynamique. Finalement, l'analyse des essais échelle 1:1 montre deux évolutions du collage. Pour la RN4, chaussée épaisse présentant un engrènement mécanique au niveau des fissures, on ne note aucune évolution du décollement initial après 2 ans. Pour la maquette de structure réelle, à couches amincies et ne présentant pas d'engrènement mécanique dans les fissures, on observe, après 1 million de cycles de sollicitation des simulateurs de trafic accéléré FABAC, le mode de ruine attendu soit un délaminage s'initiant au niveau des fissures de retrait
For the last ten years, two new composite pavement structures (whitetopping –i. E. Thin concrete slabs over existing rutted asphalt pavement– and Continuously Reinforced Concrete Pavement, CRCP, over asphalt sub-base) have raised a significant interest. Based on the association of a concrete layer bonded to an asphalt sub-base, they lead to a reduction of the layers thickness and cost. A long-lasting bond is essential. This work deals with the mechanical study of the bond fatigue lifespan. Firstly, the bibliographical analysis focuses on the way this bond is deteriorated in such structures submitted to traffic. Cracks induced by the restrained shrinkage of the concrete layer can initiate and propagate debonding. Secondly, a mechanical fatigue test simulates this way of deterioration in laboratory. Interface blasting leads to a more lasting bond. A mechanical analysis of the test is also proposed. Thirdly, a non destructive survey method of the bond quality, based on the use of mechanical wave propagation, is developed. Eventually, full scale experiments analysis provide two evolution of bond. The RN4 experiment aims to measure the growth of an initial fracture at the interface between the concrete layer and the asphalt sub-base under real traffic conditions. After 2 years of traffic, no propagation of the fracture is noticed. For the second full scale experiment, a pavement structure model, constituted of thin layers and wide opened cracks, the awaited way of deterioration (delamination initiated from the vertical crack) is observed after 1 million cycles applied by the accelerated pavement loading facility FABAC

Le collage externe de matériaux composites s'avère comme une méthode prometteuse pour la réparation de structures de génie civil. La mise en oeuvre de cette technique est relativement simple. Elle est de surcroît intéressante d'un point de vue économique. Cependant, si elle apporte de nouvelles solutions, elle entraîne aussi des problèmes spécifiques. En particulier, le mode de rupture par peeling-off du béton d'enrobage sous-jacent au renfort composite présente un caractère fragile. Il est provoqué par la concentration de contraintes dans la zone d'ancrage à l'extrémité du renfort. Le présent travail cherche à étudier les phénomènes dont cette zone est le siège afin de proposer une méthode de calcul pour son dimensionnement. Une étude à la fois analytique, expérimentale et numérique a été conduite dans ce but. Dans un premier temps, une analyse bibliographique montre la diversité des méthodes et des approches existantes pour modéliser le comportement de la zone d'ancrage et pour prédire la contrainte maximale dans le joint de colle entre le composite et le béton. Des modèles analytiques, très rigoureux mais complexes, et des modèles empiriques, plus simples à manipuler, ont été trouvés dans la littérature. Partant de ces éléments, un modèle analytique est proposé dans la continuité de l'analyse bibliographique. Il résume et unifie les modèles déjà disponibles en donnant les expressions analytiques des distributions des déformations et des contraintes dans la liaison béton composite. Dans un deuxième temps, une étude expérimentale du mécanisme d'interaction béton/composite a été menée. Elle comprend des essais de compression, de traction et de flexion. Les essais ont été réalisés du cas le plus simple (compression axiale) au plus complexe (moment fléchissant plus effort tranchant) en terme de chargement et de réponse structurelle. Ainsi, les résultats des essais de compression constituent une aide précieuse pour définir les essais de traction et analyser les résultats qui en découlent. De même, les essais de traction aident à définir puis à analyser les essais de flexion. Des corps d'épreuve de taille réduite en béton armé renfocés avec des plaques unidirectionnelles en carbone/époxyde ont été utilisés. L'instrumentation est basée principalement sur les jauges de déformation collées sur le béton et le renfort composite et sur des techniques de mesure optiques qui permettent de suivre l'évolution de la fissuration dans la zone d'ancrage et de mettre en évidence de manière précise le mécanisme de rupture par peeling-off. La confrontation des résultats expérimentaux et analytiques montre un décalage entre théorie et expérimentation. Des calculs par éléments finis confirment les résultats expérimentaux et mettent en évidence la carence du modèle analytique. Cette analyse comparative a permis de proposer une correction du modèle analytique pour compenser cette insuffisance. La modélisation numérique fournit aussi des éléments pour évaluer l'influence de la fissuration sur la répartition des contraintes à l'interface dans la zone d'ancrage. Sur cette base, un critère de rupture par peeling-off est proposé. Finalement, une règle simple de dimensionnement des éléments sollicités en traction ou flexion est proposée dans la dernière partie de ce travail à partir de l'ensemble des résultats obtenus

L'analyse du comportement des assemblages poteau-poutre en béton armé ainsi que leur influence sur la résistance de l'ensemble de la structure sous chargement cyclique ou sismique a fait l'objet de plusieurs investigations ces dernières années. Toutefois, le comportement de cette partie de structure reste loin d'être maitrisé à cause de la complexité de cet assemblage qui fait intervenir plusieurs phénomènes physiques, et à cause du manque de données expérimentales. Ce travail a pour but de mettre en place et fournir une base de données expérimentales fiable et dense dont la vocation est de donner accès à un benchmark expérimental pour permettre la modélisation et la validation du comportement de ces assemblages
The behavior of reinforced concrete beam-column joints and their influence on the strength of the structures under cyclic or seismic loadings has been the subject of several investigations in recent years. However, the behavior of that part of the structure remains far from being mastered due to the complexity of the assembly involving several physical phenomena and due to the lack of exhaustive experimental data. This work aims to implement and provide a reliable and dense experimental database whose vocation is to provide access to an experimental benchmark to enable the modeling and validation of the behavior of these assemblies

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
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

Les éléments de coques multicouches ont montré une grande efficacité dans l'analyse non linéaire des structures. A l'origine, ces éléments avaient été développés pour des lois de comportement spécifiques au béton et à l'acier. Leur généralisation à l'analyse des structures dont le comportement est régi par des lois de comportement à variables internes (plasticité, élasto-visco-plasticité, endommagement) constitue le propos de ce travail de thèse. Issus de l'approche semi-globale, les éléments de coques multicouches permettent de rendre compte des phénomènes non-linéaires tant matériels que géométriques pour l'analyse des structures constituées de coques, sous divers chargements, avec un temps de calcul raisonnable. Dans une première partie, nous développons ces éléments dans le cadre de l'hypothèse des petites perturbations. Une extension est ensuite présentée en intégrant les effets non-linéaires géométriques. Une description lagrangienne actualisée avec un traitement semi-tangentiel des paramètres de rotation est utilisée à cet effet. Dans une seconde partie, nous présentons dans un cadre général, l'aspect théorique ainsi que le traitement numérique des lois de comportement à variables internes. A partir de là, un ensemble de lois de comportement à variables internes permettant la modélisation des comportements de l'acier et du béton sous divers chargements, est présenté. Le but étant d'utiliser ces modèles au sein des éléments finis de coques multicouches, pour le calcul de structures coques en béton armé soumises à des chargements statiques et dynamiques. Une attention particulière est portée sur la condition de contraintes planes d'une part dans le schéma d'intégration des contraintes, et d'autre part dans le calcul du tenseur de comportement tangent. Enfin, les développements effectués sont implantés dans le code de calcul par éléments finis CESAR-LCPC. Au travers d'exemples d'applications numériques, nous précisons le domaine d'application ainsi que les limites des outils proposés.

Le comportement des structures en béton armé (BA) et en béton précontraint (BP) exposées au feu est une thématique de recherche importante en génie civil. Actuellement, le comportement de l'interface béton-acier à haute température et la simulation thermomécanique non linéaire des structures en béton sont des verrous à lever. Ces deux questions font l'objet de cette thèse. Après avoir fait un état de l'art sur le comportement à froid de l'interface béton-acier, un modèle à haute température est proposé ainsi que son intégration numérique dans le code de calcul ANSYS. Puis, les performances de plusieurs modèles non linéaires du béton ont été analysées. Finalement, des méthodologies de modélisation du transfert thermique et du comportement mécanique des structures exposées au feu ont été proposées et validées à travers des simulations d'essais

Le traitement en dynamique non linéaire du fonctionnement des structures en b. A. Est un problème complexe et couteux. L'aborder par des méthodes simplifiées est une solution avantageuse, a la condition de pouvoir conserver une description fine et réaliste des phénomènes majeurs. Analyse dans l'environnement d'une méthode par éléments finis multicouches, il a porte sur deux aspects majeurs : celui du traitement de l'élancement et celui de l'évaluation des erreurs liées a la discrétisation. Le code de calcul eficos initialement conçu avec des éléments poutres de type Navier-Bernoulli composés de couches superposées, permettait d'étudier le comportement d'un grand nombre d'éléments structuraux de type poutre/poteau, tant que leur élancement ne posait pas de difficultés particulières. La stratégie proposée ici permet de prendre en considération les effets de moment du second ordre. Ceci ajoute aux précédents travaux réalises sur les effets de cisaillement conduisent a un nouvel outil adapte, vis-à-vis de l'élancement, a un large domaine d'applications. S'agissant des grands déplacements, la méthode proposée, pour la prise en compte de l'effet p-delta en comportement en dommageable, a été appliquée au cas de poteaux en béton charges jusqu'a la ruine ; la comparaison avec l'expérience montre l'efficacité de la méthode. Des applications en réponse non linéaire sismique de piles de montre la capacité de l'outil à reproduire les principaux aspects critiques relatifs a la double non linéarité, matérielle et géométrique. Du cote des faibles élancements, l'étude réalisée dans le cadre du benchmark nupec met en évidence la bonne performance de la stratégie de modélisation simplifiée proposée, pour un mur arme de très faible élancement (inferieur a 1). Cependant, la qualité des résultats, notée par les organisateurs du benchmark comme étant de même niveau que ceux obtenus en éléments finis 2d ou 3 d, doit être associée à une représentation adaptée des conditions aux limites. L'étude est complétée par la proposition d'un estimateur d'erreurs dont la pertinence vis-a-vis de la discrétisation en éléments finis est montrée, aussi bien en statique qu'en dynamique. Une corrélation énergétique est également mise en évidence. C'est un nouveau pas vers l'optimisation et la fiabilité des analyses.

Le travail de thèse s'intéresse à la prédiction de la durabilité des bétons en environnement marin par une approche probabiliste. L'objectif est de proposer une méthodologie adaptée à une démarche performantielle fondée sur la notion d'indicateurs de durabilité. L'algorithme probabiliste de niveau II et le modèle déterministe qui lui est couplé sont développés afin d'estimer l'indice de fiabilité du matériau. Les densités de probabilités des variables aléatoires sont construites. Une erreur multiplicative est introduite pour intégrer dans une même base de données des informations issues de différents bétons puis un réseau bayésien est présenté pour actualiser ces résultats par de nouvelles expérimentations. Un exemple d'application est mené pour une partie d'ouvrage immergé en eau de mer. Une approche de type ingénieur permettant d'atteindre le même niveau de fiabilité est proposée en s'appuyant sur des valeurs caractéristiques et des coefficients partiels de sécurité
A probabilistic approach to prediction of concrete's durability in marine environment is proposed in this thesis. The aim of this work is to develop a methodology linked with the performance-based approaches using the concept of durability indicators. The probabilistic FORM algorithm and the coupled deterministic model are developed to estimate the reliability index of the material. The probability distributions of the random variables are built. A multiplicative error is introduced in order to integrate information from different concretes into a single database and a Bayesian network is presented to update these results by further experiments. A practical example is proposed for a reinforced concrete immersed in sea water. A semi-probabilistic design for engineering based on characteristic values and partial safety factors is developed to achieve the same reliability

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
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

Le développement du contrôle non destructif en génie civil s'inscrit dans un contexte de vieillissement du patrimoine d'ouvrages. Ce vieillissement est souvent associé à une altération des propriétés des matériaux de construction, remettant en cause les exigences liées au comportement mécanique, à l'aptitude au service ou encore à l'esthétique de l'ouvrage. Le but de ce travail est l'adaptation de la technologie radar à la caractérisation physique du béton, et, ainsi, à la mise en évidence de conditions favorables au développement de la corrosion des aciers (principale cause de dégradation). Des résultats expérimentaux obtenus sur corps d'épreuves en béton révèlent des aptitudes à l'évaluation de l'état d'humidité du béton, et, dans une moindre mesure, de son degré de contamination par les ions chlorures. Une application relative à la corrosion des armatures de tabliers de pont revêtus d'une couche d'asphalte est également développée et validée in situ par comparaison avec des mesures de potentiel d'électrode. L'approche consiste à cartographier la réflectivité de l'interface asphalte-béton afin de localiser les contrastes d'humidité et, ainsi, les zones à fort risque de corrosion. Enfin, les qualités de la technique (rapidité, simplicité, fiabilité des mesures et caractère non destructif) lui confèrent un grand intérêt lors de campagnes d'auscultation à grande échelle
The development of non-destructive testing in civil engineering is related to the aging of structures. This aging is usually accompanied by some changes in the properties of construction materials, which call the needs concerning the mechanical behaviour, the service ability or the aesthetic characteristics of the structure into question. The aim of this study is to adapt radar technology to the physical characterisation of concrete, in order to highlight the conditions leading to reinforcement corrosion (main cause of damages). Indeed, experimental results on concrete laboratory samples show some interesting aptitudes to the assessment of concrete humidity, and chloride contamination. A specific application to the corrosion of reinforcement of concrete bridge decks with asphalt cover is also developed and verified on site through a comparison with half-cell potential measurements. The approach is just consisting in mapping the reflectivity of asphalt-concrete interface in order to locate humidity contrasts and, thus, areas presenting a high corrosion probability. At least, speed, easiness, reliable and non-destructive measurements are qualities, which give to the radar technique a great interest for large scale auscultation

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.

La corrosion des armatures en acier est la plus grande cause de défaillance des ouvrages en béton armé. Ce phénomène électrochimique est déclenché par la présence d’ions chlorure en quantité suffisante au niveau de l’armature ou la carbonatation du béton d’enrobage (action du CO2). L’objectif de cette thèse est de développer des modèles utilisables par l’ingénieur dans une démarche d’approche performantielle pour la prédiction de la durée d’utilisation des ouvrages en béton armé soumis à l’attaque par les ions chlorure ou la carbonatation, suite à l’amorçage et au développement de la corrosion en leur sein. Il s’agit du développement de trois modèles : un modèle de transfert des ions chlorure, un modèle de carbonatation et un modèle de corrosion qui permettent d’estimer la durée d’initiation et la durée de propagation de corrosion. Ces modèles prennent en considération les facteurs liés au matériau (i.e. indicateurs de durabilité), à la mise en œuvre, à l’environnement et à la géométrie. La démarche adoptée pour le développement de ces modèles repose sur l’exploitation de plusieurs bases de données, sur des ouvrages vieillissants et des corps d’épreuve de bétons, issues de la littérature (BHP-2000, Perfdub, etc.). Ces exploitations ont permis d’améliorer la capacité prédictive de modèles existants (transfert des ions chlorure) et de développer de nouveaux modèles (carbonatation et corrosion)
Steel reinforcement corrosion is the major cause of failure in reinforced concrete structures. This electrochemical process is induced by presence in sufficient quantity of chloride ions at the reinforcement or by concrete carbonation (CO2 action). This thesis aims to develop engineering performance-based models for the service life prediction of reinforced concrete structures subjected to chloride-induced or carbonation-induced corrosion initiation and propagation. It consists in developing three models : a chloride ions ingress model, a carbonation model and a corrosion model that allows to estimate the corrosion initiation time and propagation time. These models consider factors related to the material (i.e. durability indicators), processing, environment and geometry. The approach used to develop these models is based on using several literature databases of ageing structures and concrete testing specimens (BHP-2000, Perfdub, etc.). The use of these data allowed to improve the predictive capacity of existing models (chloride ingress model) and to develop new models (carbonation and corrosion models)

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.

Mise au point d'un modèle non linéaire caractérisant la tenue ultime des structures constituées de poutres en béton armé. Analyse critique des théories actuelles (plasticité globale et endommagement). Nécessité d'une formulation nouvelle incluant les deux non-linéarités. Formulation d'un modèle complet applicable aux situations accidentelles les plus courantes en particulier aux sollicitations sismiques. Après son implémentation dans un programme de calcul par éléments finis, on effectue deux calculs de démonstration dans le cas d'une poutre en flexion 4 points avec dilatation de membrane libre ou bloquée.