Axe 1 - Modélisation

Responsable : LABORDERIE Christian – LASAGEC : christian.laborderie@univ-pau.fr - 05 59 57 44 26

 1. Introduction

La fissuration des structures en béton est la conséquence des actions combinées des sollicitations d’origine thermique, hydrique, mécanique et chimique. La détermination de la position des fissures et de leurs ouvertures est nécessaire pour quantifier la durabilité de la structure étudiée. Le programme proposé se concentrera sur la création de fissures« macroscopiques » dont l’ouverture est supérieure ou égale à 0,1 mm.

Les actions proposées dans le cadre de la modélisation sont déclinées en trois chantiers intimement liés.

 2. Organisation en chantiers

Le premier chantier : « modélisation de la fissuration sous chargement statique monotone » s’intéresse aux effets instantanés des actions mécaniques monotones sur les structures. (cf. Chantier 1.1).

Les modèles de mécanique ont été construits pour représenter les effets mécaniques de la fissuration. La relation contrainte-déformation est calculée en tenant compte par l’intermédiaire de variables internes de la présence de fissures dans le béton, mais la géométrie et la position des fissures n’est qu’indirectement représentée par son action sur les variables mécaniques. Les activités de ce chantier permettront de dégager les méthodes qui permettent de déduire la présence et l’ouverture de macrofissures à partir de l’état (décrit par les variables d’état et les variables internes) de la matière. Ces méthodes seront basées sur des modèles déjà développés et validés dans les différents laboratoires partenaires.

Le second chantier : « Modélisation du comportement thermo-hydro-mécanique du béton » (cf. Chantier 2.1). Le calcul THM des ouvrages en béton repose avant tout sur une bonne connaissance du comportement intrinsèque du béton. On distingue à ce niveau le comportement thermique, le comportement hydrique et le comportement mécanique. Le comportement chimique apparaît quant à lui principalement au jeune âge via ses conséquences thermiques (exothermie de la réaction d’hydratation), hydriques (auto-dessiccation) et mécaniques (évolution des propriétés mécaniques et retrait endogène chimique). Les conséquences de ce comportement peuvent toutefois être quasi-permanentes en raison des systèmes d’auto-contraintes issues d’une hydratation non homogène dans les pièces massives ou de conditions aux limites particulières. Les actions hydriques peuvent être de deux natures : surpression ou dépression conduisant à des comportements très différents non seulement en terme d’endommagement mais aussi en terme de vitesse de fluage, le calcul des pressions étant lui-même un problème non linéaire nécessitant une bonne connaissance du matériau (isothermes, perméabilité…). Enfin l’action thermique, outre une dilatation, entraîne une modification du comportement de l’ouvrage (accroissement de la vitesse de fluage, modification des propriétés physiques à haute température).

Le troisième chantier « modélisation de la fissuration sous chargement cyclique » (cf. Chantier 1.3).

La problématique est exactement la même que celle posée dans le chantier 1.1 avec un degré de complexité plus élevé par la prise en compte de sollicitations cycliques. Ce type de sollicitation rend nécessaire la prise en compte des effets unilatéraux liés à la re-fermeture de fissures et éventuellement des phénomènes liés au glissement entre les lèvres des fissures.

Les méthodes de limitation de la localisation qui sont nécessaires à l’obtention de simulations dans le domaine non linéaire adoucissant et pour le lien avec les ouvertures de fissures ne sont pas toutes applicables, d’autre part les expériences disponibles sont souvent effectuées dans le domaine monotone.

Les activités de cet chantier se focaliseront, au-delà de la création des fissures, sur le problème du comportement cyclique d’une structure fissurée, y compris sous compressions excessives: effet unilatéral provoqué par la respiration des fissures, plastification des armatures,….

Les trois chantiers se baseront en premier lieu sur des résultats expérimentaux existants. Malheureusement, peu de résultats sont disponibles sur la fissuration proprement dite et sur les ouvertures de fissures et certaines expériences de laboratoire devront sûrement être réalisées afin de préciser les modèles. Une harmonisation entre les besoins des différents chantiers sera nécessaire afin d’optimiser le nombre d’expériences de laboratoire nécessaires. Pour chaque nouvelle expérience, une attention particulière sera portée sur la détection de la fissuration et la mesure des ouvertures de fissures.

Un travail sur le comportement de la liaison acier-béton sera réalisé en parallèle par différents partenaires.

Dans un second temps, les méthodes développées dans le premier chantier seront adaptées aux modèles THM et aux cas des chargements cycliques.

Finalement, les différentes méthodes seront validées sur les expériences à grande échelle.

Les activités de modélisation devront se terminer 3 ans après le début du projet afin que les méthodes établies puissent être déclinées au niveau règlementaire.

3. Actions proposées

Lot 0 : participation à la définition des programmes expérimentaux des colonnes 2 et 4. (Comité de Pilotage Modélisation = coordinateurs des chantiers).

 Lot 1: pour tous les chantiers:  

·         Tâche 1 : définition de benchmarks de réflexion (Comité de Pilotage Modélisation = coordinateurs des chantiers).

 ·         Tâche 2 : validation et calibration des méthodes proposées, calibration sur les expériences existantes (tous partenaires). Livrable : résultat du benchmark.

 ·         Tâche3 : bilan des besoins en expériences de laboratoire (Comité de pilotage Modélisation).

 Ces trois tâches sont traitées par cas de charge et renvoient aux chantiers 1.1, 1.2, 1.3.

Participation au groupe de réflexion tâche 3 colonne réglementation.

Lot 2 :  

·         Réalisation des expériences de laboratoire (3 laboratoires opérationnels). Livrable : rapports d’essais détaillés.

 ·         Calibration des modèles (partenaires de la tâche 2).

 Lot 3 :  

·         Homogénéisation et adaptation des méthodes à l’ensemble des cas de chargements envisagés (tous les chantiers, tous les partenaires). Livrable : publication en revue scientifique.

 ·         Validation sur essais à grande échelle. (tous les chantiers, tous partenaires, en lien étroit avec la colonne expérimentation). Livrable : participation à l’élaboration du rapport final commun aux 3 colonnes.

 Ces deux tâches sont traitées et renvoient aux chantiers 1.1, 1.2, 1.3.

 Lot 4 : réalisation des expérimentations numériques suivant spécification colonne 3 (réglementation). Livrable : résultats bruts, données d’entrée colonne règlementation tâche 4.Il contient a minima une étude de sensibilité des paramètres caractéristiques des modèles développés et leur influence sur le développement et la propagation de la fissuration. Néanmoins, on pourra aussi y inclure d’autres aspects. En particulier des méthodes d’éléments finis stochastiques pourront être testées et adaptées à des modèles numériques de type endommagement non local afin d’étudier l’influence de la variabilité des paramètres d’entrée (géométrie, ferraillage, lois de comportement, effets thermiques) sur des paramètres de sortie (ouverture de fissure, efforts résistants…)

Lot 5 : méthode simplifiée intermédiaire basée sur les calculs éléments finis (Comité de pilotage modélisation + partenaires proches du milieu industriel + comité de pilotage colonne 3, réglementation). Livrable : Modules et/ou méthodes de calcul.

 Lot 6 : travail collaboratif sur les aspects réglementaires (en coordination avec les tâches 4 et 5 de la colonne 3, réglementation).

Le travail de modélisation et expérimentation à froid et à chaud sur la liaison acier-béton devra se faire en parallèle des chantiers durant les deux premières années.

Chaque lot pourra faire l’objet d’une publication dans une revue ou un congrès adaptés.

Envoyez un courrier électronique à webmaster@ceosfr.org pour toute question ou remarque concernant ce site Web.

Conception et Design : Nicolas MICHEL - Dernière modification : 05 March 2010