Literatura académica sobre el tema "Béton à faible impact envionnemental"

Les atolls de la Polynésie française, en manque de ressources terrestres, génèrent des ressources économiques grâce à la perliculture. Cette activité produit plus d’un millier de tonnes de déchets annuels sous forme de coquilles d’huîtres perlières (Pinctada Margaritifera et Pinctada Maculata). Ces co-produits nacrés, présentant des performances mécaniques liées à leur microstructure, pourraient, une fois broyés, combler la carence en sable et granulats de construction des archipels producteurs de perles. L’objectif de cette thèse est de formuler un béton à faible impact environnemental, dont le squelette est composé de co-produits de la perliculture locale pour les habitants de Polynésie.Ces coquilles, souvent exposées à la météo tropicale, présentent des états de dégradation variés. La comparaison des performances des nacres fraîches et dégradées montre que l’absence de matière organique dans leur matrice entraîne une diminution de leur résistance à la traction et de leur élongation à la rupture. Toutefois, même dégradée, la nacre conserve des performances élevées parmi les matériaux synthétisés par les mollusques.Par ailleurs, une comparaison des mortiers composés à 100% de granulats issus de coquilles broyées (Pinctada Margaritifera, Pinctada Maculata, mais aussi Crassostrea Gigas et Pecten Maximus) a démontré que le matériau le plus performant n'est pas nécessairement celui réalisé avec les coquilles les plus solides, mais avec les granulats à la géométrie la plus complexe. De plus, la forme plate des granulats réduit la compacité du squelette granulaire, ce qui peut affecter les propriétés du béton. Pour limiter les vides entre les grains, les paramètres de broyage ont été optimisés afin d’obtenir un mélange de deux classes granulaires à faible porosité.Même optimisés, les squelettes granulaires composés à 100% de broyats de coquilles présentent encore une porosité intergranulaire supérieure à 45%. Cela nécessite l’ajout d’une quantité importante d’addition inerte pour conserver une quantité de ciment acceptable tout en comblant les vides. Cet ajout entraîne un asséchement de la pâte, nécessitant un ajustement de la quantité d’eau, en fonction de la porosité de l’addition inerte. Cette méthodologie a permis d’améliorer les formulations de béton, dont la résistance à la compression est passée de 2-5 MPa à plus de 20 MPa.Pour la suite du projet en Polynésie, un transfert des connaissances acquises en laboratoire a été amorcé vers les acteurs socio-économiques à partir de formulations utilisant des co-produits de coquilles d’huîtres d’Arcachon (Crassostrea Gigas), abondantes en Nouvelle-Aquitaine, où l’essentiel des travaux a été mené. L’impact de l’environnement sur des corps morts en béton de broyats de coquilles, placés à l’Île de Ré dans des conditions réelles, a d’abord été étudié dans le but d'y installer des mouillages de bateaux. Ensuite, un démonstrateur non structurel, composé d’un cheminement piéton et d’emmarchements, a été mis en place au pied de la Dune du Pilat dans le cadre de la rénovation du Village des Cabanes, centre d’accueil de ce site classé. En plus de prouver l'implémentation d’un processus innovant, ces chantiers ont démontré que les bétons de broyats de coquilles sont mécaniquement durables et que les formulations peuvent s’adapter à des squelettes non optimisés
The atolls of French Polynesia, despite lacking terrestrial resources, generate economic resources through pearl farming. This activity produces over a thousand tons of waste annually in the form of pearl oyster shells (Pinctada Margaritifera and Pinctada Maculata). These nacre co-products, with mechanical properties linked to their microstructure, could, once crushed, help address the shortage of sand and construction aggregates in the remote pearl-producing archipelagos. The goal of this thesis is to formulate an environmentally friendly concrete for the people of Polynesia, with a skeleton entirely composed of local pearl farming co-products.These shells, often exposed to tropical weather, can present varying levels of degradation. A comparison of the performances of fresh and degraded nacre revealed that the absence of organic matter in their matrix leads to reduced tensile strength and elongation at break. However, even in this state, nacre retains high performance among mollusk-synthesized materials.In addition, a comparison of mortars composed of 100% granular skeletons made from crushed shells (Pinctada Margaritifera, Pinctada Maculata, but also Crassostrea Gigas and Pecten Maximus) showed that the most efficient material is not necessarily the one made from the strongest shells, but rather from those with the most complex geometry. Moreover, the generally flat shape of crushed shells leads to a significant decrease in the compactness of the granular skeleton, which can negatively impact the concrete's properties. To reduce the void volume between grains, grinding parameters were optimized to achieve a blend of two granular classes with the lowest possible porosity.Even when optimized, granular skeletons composed of 100% crushed shells still exhibit intergranular porosity above 45%. Under these conditions, it is necessary to add a substantial amount of inert filler to maintain an acceptable cement quantity while filling all the intergranular voids. This addition, which dries out the filler paste, required a significant adjustment in the water quantity, depending on the porosity of the inert filler used. This methodology allowed the transition from unoptimized shell concrete, with very low compressive strength (2-5 MPa), to a much more efficient concrete with compressive strength exceeding 20 MPa.Looking ahead to the continuation of the project, which will take place in Polynesia beyond this thesis, knowledge transfer from the laboratory to socio-economic actors has begun using formulations incorporating co-products of oyster shells from Arcachon (Crassostrea Gigas), abundant in Nouvelle-Aquitaine, where most of the thesis work was conducted. The environmental impact on concrete structures made from crushed oyster shells, placed on the Île de Ré under real-world conditions with the aim of installing future boat moorings, was first studied. Next, a non-structural industrial demonstrator, consisting of a pedestrian walkway and steps, was implemented at the base of the Dune of Pilat as part of the renovation of the Village des Cabanes, a visitor center for this major classified site. In addition to proving the possible implementation of an innovative process in a complex societal and industrial chain, these projects have demonstrated that crushed shell concrete is mechanically durable and that it is even possible to adapt the formulations to non-optimized skeletons

Il est possible de modifier la composition des bétons utilisés dans le domaine de la construction pour réduire sensiblement le dégagement de CO2 associé à leur fabrication. Ceci est obtenu en réduisant significativement la quantité de clinker et en incorporant des matériaux de substitution appelés additions. Elles sont généralement moins réactives et demandent, pour maintenir un niveau acceptable de performances mécaniques et de durabilité, une réduction importante du dosage en eau. C'est le cas des bétons à faible impact environnemental. L'utilisation de superplastifiant dans ces bétons permet d'augmenter leur fluidité mais leur viscosité plastique reste toujours élevée ce qui induit des problèmes de mise en œuvre. La maîtrise de la viscosité plastique de ce type de béton est donc cruciale pour le développement de ces produits.Avec cet objectif fixé, dans la première partie de cette étude, un rhéomètre à béton, adapté aux spécificités des bétons à faible impact environnemental, a été développé. Associé à un protocole d'essai pertinent cet appareil permet de caractériser le comportement rhéologique non seulement des bétons courants mais également des bétons à faible impact environnemental.Ensuite, l'utilisation de ce rhéomètre dans un programme expérimental a permis de mettre en évidence l'effet des paramètres de compositions et notamment le taux de substitution et la nature des additions sur leur comportement rhéologique.Les résultats obtenus à partir de ce programme ont permis de proposer et valider un modèle de calcul de la viscosité plastique en considérant que le béton est constitué de deux échelles : pâte et granulats. Le modèle est applicable pour les bétons ordinaires et pour les bétons à faible impact environnemental. Une méthode d'optimisation de la viscosité a été proposée à l'aide du modèle
It is possible to modify the composition of conventional concrete used in the building field in order to reduce the emission of CO2 associated with their manufacture, particularly in the production of their constituents. This is can be achieved by significantly reducing the amount of clinker and incorporating alternative materials (mineral and chemical additions), which are generally have a lower reactivity and require a low quantity of water, with an adequate level of mechanical performance and durability. This is the case of concrete with low environmental impact. The use superplasticizer in the production of concrete allows increasing their flowability, despite the using of low content of water, but their plastic viscosity remains high and may cause problems of implementation. Controlling the plastic viscosity of this type of concrete is crucial to ensure the development of these products.Within this objective, a rheometer for concrete was developed. The relevant test protocol used for this apparatus enables to characterize the rheological behavior not only for conventional concrete, but also for concrete with low environmental impact.The use of the developed rheometer within an experimental program permits then to highlight the effect of the parameters of concrete compositions, and in particular the used additions (type and rate of substitution) on their rheological behavior.The obtained results from this program propose and validate a mathematical model for assessing the plastic viscosity, which is applicable for ordinary concrete and concrete with low environmental impact. An optimization method for calculating the plastic viscosity of the concrete has been proposed using this model

La présente étude s’inscrit dans le programme d’actions de l’Industrie du béton ; elle a pour but de rechercher des solutions innovantes de béton à faible impact environnemental qui permettent l’obtention de performances techniques et économiques au moins équivalentes à celles des bétons traditionnels. Pour répondre à cet enjeu, l’étude de liants ternaires constitués de ciment Portland CEM I, laitier de haut fourneau et addition calcaire a été réalisée en optimisant les moyens disponibles en préfabrication pour accélérer leur durcissement : emploi d’un traitement thermique, utilisation d’activateurs chimiques et optimisation de la compacité du mélange. Le traitement thermique s’avère être le plus puissant levier d’action. Les solutions développées (matériau et procédé) permettent d’obtenir un bilan économico-environnemental meilleur que celui d’un béton témoin dont le liant est uniquement composé de ciment Portland CEM I
This study is part of the action program of the french concrete industry; it aims finding innovative solutions of concrete with low environmental impact, which allow to get technical and economic performances at least equivalent to those of the traditional concretes. To answer this issue, the study of ternary binders, made of Portland cement CEM I, blast furnace slag and limestone addition, was realized by optimizing the means that are available in precast industry to accelerate their hardening: use of a thermal treatment, use of chemical activators and optimization of the mixture’s compactness. Thermal treatment proves to be the most powerful lever of action. The developed solutions (material and process) obtain a much better economic-environmental balance compared to a control concrete whose binder is composed of Portland cement CEM I

La présente étude s’inscrit dans le programme d’actions de l’Industrie du béton ; elle a pour but de rechercher des solutions innovantes de béton à faible impact environnemental qui permettent l’obtention de performances techniques et économiques au moins équivalentes à celles des bétons traditionnels. Pour répondre à cet enjeu, l’étude de liants ternaires constitués de ciment Portland CEM I, laitier de haut fourneau et addition calcaire a été réalisée en optimisant les moyens disponibles en préfabrication pour accélérer leur durcissement : emploi d’un traitement thermique, utilisation d’activateurs chimiques et optimisation de la compacité du mélange. Le traitement thermique s’avère être le plus puissant levier d’action. Les solutions développées (matériau et procédé) permettent d’obtenir un bilan économico-environnemental meilleur que celui d’un béton témoin dont le liant est uniquement composé de ciment Portland CEM I
This study is part of the action program of the french concrete industry; it aims finding innovative solutions of concrete with low environmental impact, which allow to get technical and economic performances at least equivalent to those of the traditional concretes. To answer this issue, the study of ternary binders, made of Portland cement CEM I, blast furnace slag and limestone addition, was realized by optimizing the means that are available in precast industry to accelerate their hardening: use of a thermal treatment, use of chemical activators and optimization of the mixture’s compactness. Thermal treatment proves to be the most powerful lever of action. The developed solutions (material and process) obtain a much better economic-environmental balance compared to a control concrete whose binder is composed of Portland cement CEM I

Dans le domaine du génie civil, le dimensionnement des structures en béton armé est essentiellement basé sur des démarches déterministes. Cependant, les informations fournies par des analyses déterministes sont insuffisantes pour étudier la variabilité de la réponse de la dalle. Le manque de connaissance des charges appliquées ainsi que les incertitudes liées à la géométrie de la dalle et les caractéristiques des matériaux nécessitent donc l’utilisation d’une approche fiabiliste qui permet la propagation de ces incertitudes dans les analyses déterministes. L'approche fiabiliste est basée sur le principe de couplage mécano-fiabiliste qui consiste à coupler un modèle stochastique et un modèle déterministe. Cependant un couplage mécano-fiabiliste peut être très exigeant en temps de calcul. Dans le cadre de cette thèse, la méthodologie propre aux problématiques des ouvrages du génie civil est développée et validée tout d'abord sur un cas simple de structures en béton armé. Le cas d'une poutre encastrée en béton armée est proposé. Le système est modélisé sous CASTEM par une approche aux éléments finis de type multifibre. Puis la fiabilité d'une dalle en béton armé impactée par une masse rigide à faible vitesse est étudiée en couplant OpenTURNS à Abaqus. Enfin, une enceinte de confinement en béton précontrainte modélisée sous ASTER est étudiée d'un point de vue probabiliste. Seul le problème physique des dalles en béton armé soumises à une chute de colis dans les centrales nucléaires est examiné en détail. Deux modèles déterministes sont utilisés et évalués afin d’étudier les phénomènes dynamiques appliqués aux dalles en béton armé sous impact : un modèle par éléments finis en 3D modélisé sous Abaqus et un modèle simplifié de type masse-ressort amorti à deux degrés de liberté. Afin d’étudier la fiabilité des dalles en béton armé, nous avons couplé les méthodes Monte Carlo et simulation d’importance avec le modèle de type masse-ressort. FORM est utilisée avec le modèle par éléments finis. L’objectif de cette étude est de proposer des solutions pour diminuer le temps de calcul d'une analyse fiabiliste en utilisant deux stratégies dans le cas des dalles impactées. La première stratégie consiste à utiliser des modèles analytiques qui permettent de prédire avec précision la réponse mécanique de la dalle et qui sont moins coûteux en temps de calcul. La deuxième consiste à réduire le nombre d’appels au modèle déterministe, surtout dans le cas des modèles par éléments finis, en utilisant des méthodes probabilistes d'approximation. Ces deux stratégies sont comparées afin de vérifier l’efficacité de chacune pour calculer la probabilité de défaillance. Enfin, une étude paramétrique est réalisée afin d’étudier l’effet des paramètres d’entrées des modèles déterministes sur le calcul de la probabilité de défaillance
Reinforced concrete structures (RC) are subjected to several sources of uncertainties that highly affect their response. These uncertainties are related to the structure geometry, material properties and the loads applied. The lack of knowledge on the potential load, as well as the uncertainties related to the features of the structure shows that the design of RC structures could be made in a reliability framework. This latter allows propagating uncertainties in the deterministic analysis. However, in order to compute failure probability according to one or several failure criteria, mechanical and stochastic models have to be coupled which can be very time consuming and in some cases impossible. The platform OpenTURNS is used to perform the reliability analysis of three different structures . OpenTURNS is coupled to CASTEM to study the reliability of a RC multifiber cantilever beam subjected to a concentrated load at the free end, to Abaqus to study the reliability of RC slabs which are subjected to accidental dropped object impact during handling operations within nuclear plant buildings, and to ASTER to study the reliability of a prestressed concrete containment building. Only the physical problem of reinforced concrete impacted by a free flying object is investigated in detail. Two deterministic models are used and evaluated: a 3D finite element model simulated with the commercial code “Abaqus/Explicit” and an analytical mass-spring model. The aim of this study is to address this issue of reliability computational effort. Two strategies are proposed for the application of impacted RC slabs. The first one consists in using deterministic analytical models which predict accurately the response of the slab. In the opposite case, when finite element models are needed, the second strategy consists in reducing the number of simulations needed to assess the failure probability. In order to examine the reliability of RC slabs, Monte Carlo and importance sampling methods are coupled with the mass-spring model, while FORM is used with the finite element model. These two stategies are compared in order to verify their efficiency to calculate the probability of failure. Finally, a parametric study is performed to identify the influence of deterministic model parameters on the calculation of failure probability (dimensions of slabs, impact velocity and mass, boundary conditions, impact point, reinforcement