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Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions Laurie BUFFO-LACARRIERE Fissuration précoce des structures massives Comportement thermomécanique.

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1 Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions Laurie BUFFO-LACARRIERE Fissuration précoce des structures massives Comportement thermomécanique des voiles expérimentaux EDF de Civaux

2 Cafés scientifiques LMDC – Jeudi 12 Mars /25 CEOS.FR Comportement et Evaluation des Ouvrages Spéciaux Fissuration et Retrait EXPERIMENTATION REGLEMENTATION MODELISATION Comportement monotone Comportement cyclique Comportement THM Poutres sous chargement hydrique Structures massives au jeune âge

3 Cafés scientifiques LMDC – Jeudi 12 Mars /25 Objectif Evaluer la fissuration des structures massives au jeune âge HYDRATATION Elévation de température Pb : Prise en compte des liants composés ENVIRONNEMENT Transferts hydriques et thermiques Pb : Couplage avec lhydratation FISSURATION PRECOCE Par déformations empêchées Pb : Couplage avec les phénomènes physico-chimiques au jeune âge

4 Cafés scientifiques LMDC – Jeudi 12 Mars /25 4 I – Présentation de la structure II – Prévision des champs de température III – Prévision de la fissuration précoce IV – Conclusions PLAN DE LEXPOSE

5 Cafés scientifiques LMDC – Jeudi 12 Mars 2009 Présentation de la structure 5/25 Géométrie - Calcul thermique :Voile + Radier + Sol => éléments Surfaces bleues en convection (voile et radier) - Calcul mécanique :Voile => 6000 éléments Surface inférieure du voile bloquée (effet du radier)

6 Cafés scientifiques LMDC – Jeudi 12 Mars 2009 Présentation de la structure 6/25 Description du ferraillage Modélisation : Eléments barre élastiques => 2000 éléments

7 Cafés scientifiques LMDC – Jeudi 12 Mars 2009 Présentation de la structure 7/25 Formulation des bétons Caractéristiques mécaniques mesurées Liant composé

8 Cafés scientifiques LMDC – Jeudi 12 Mars /25 8 II – Prévision des champs de température I – Présentation de la structure III – Prévision de la fissuration précoce IV – Conclusions

9 Prévision des champs de température Cafés scientifiques LMDC – Jeudi 12 Mars /25 Champ de température Champ de teneur en eau Champs de degrés dhydratation Production de chaleur Consommation deau Activation thermique "Activation" hydrique Clinker Cendres volantes... Hydratation Ensoleillement VentCoffrages T extérieure Cure Vent HR ENVIRONNEMENTENVIRONNEMENT MATERIAU Présentation générale du modèle

10 Prévision des champs de température Cafés scientifiques LMDC – Jeudi 12 Mars /25 d /dt Activation chimique Interaction portlandite/additions Activation thermiqueAccessibilité de l'eau aux anhydres Loi de cinétiques de réaction

11 Prévision des champs de température Cafés scientifiques LMDC – Jeudi 12 Mars /25 Calage des paramètres de la loi cinétique Paramètres de calage réduits à 3 par composé seulement => calés sur un essai de calorimétrie semi adiabatique Langavant 1 – Essai avec le clinker (ou CEM I) seul 2 – Essai avec le liant composé C+A (connaissant les paramètres du clinker) 3 – … Procédure de calage pour les liants composés Essai normalisé : fiable, reproductible et simple Calorimètre Langavant

12 Prévision des champs de température Cafés scientifiques LMDC – Jeudi 12 Mars /25 + Conditions aux Limites Loi de conservation de la masse deau Loi de Mensi Effet de lhydratation Effet de la quantité deau Convection - Vent - T ext W imposée (cure humide) - matériau en cours dhydratation : Coefficient de transport deau Demande en eau du composé i Calculée en fonction de sa composition chimique Paramètres D W0 et b calés sur un essai de perte de masse

13 Prévision des champs de température Cafés scientifiques LMDC – Jeudi 12 Mars /25 H eq H air coffrage béton Convection : - vent - T ext - coffrage + Conditions aux Limites Loi de conservation de la chaleur Capacité et conductivité thermiques Dégagement de chaleur associé à la réaction du composé i Ciment :avec k = C 3 S, C 2 S C 3 A, C 4 AF Additions : Littérature Calculées en fonction : - de la composition du béton - de la nature des granulats Conduction : - sol - autre structure Flux solaire

14 Prévision des champs de température Cafés scientifiques LMDC – Jeudi 12 Mars /25 Application aux voiles Civaux B11 BHP Pb dans la gestion de CL de convection différentes dans Castem sur arêtes Approximation : Coefficient déchange thermique moyen sur les faces latérales (coffrées) et supérieure (libre)

15 Cafés scientifiques LMDC – Jeudi 12 Mars /25 15 III – Prévision de la fissuration précoce I – Présentation de la structure II – Prévision des champs de température IV – Conclusions

16 Cafés scientifiques LMDC – Jeudi 12 Mars 2009 Prévision de la fissuration précoce 16/25 T Modèle dhydratation multiphasique Modèle de comportement thermomécanique jeune âge E( ) Seuil de percolation mécanique s identique n=2/3

17 Cafés scientifiques LMDC – Jeudi 12 Mars 2009 Prévision de la fissuration précoce 17/25 T T Modèle dhydratation multiphasique Modèle de comportement thermomécanique jeune âge E( ) Seuil de percolation Tref Importance du très jeune âge

18 Cafés scientifiques LMDC – Jeudi 12 Mars 2009 Prévision de la fissuration précoce 18/25 Fissuration précoce des structures ? Modèle dendommagemen t anisotrope Modèle de fluage Ecriture incrémentale des lois élastiques (caractéristiques évolutives) T T Modèle dhydratation multiphasique E( ) Modèle de comportement thermomécanique jeune âge Calcul des contraintes dues aux blocages internes/externes

19 Cafés scientifiques LMDC – Jeudi 12 Mars 2009 Prévision de la fissuration précoce 19/25 Application : Voile Civaux BHP -2,5 MPa 4 MPa xx (96 h) xx (36 h) -3,3 MPa 1,1 MPa Effet du gradient de température Blocage INTERNE Effet des déformations empêchées par le radier Blocage EXTERNE

20 Cafés scientifiques LMDC – Jeudi 12 Mars 2009 Prévision de la fissuration précoce 20/25 Application : Voile Civaux BHP 0 1 d xx (96 h) -1,9 kN 4,8 kN xx (96 h) Fissuration obtenue par le modèle à 96h Fissuration observée sur le voile expérimental

21 Cafés scientifiques LMDC – Jeudi 12 Mars 2009 Prévision de la fissuration précoce 21/25 Application : Voile Civaux B11 -2 MPa 3 MPa xx (52 h) 0 1 d xx (52 h) Effet du gradient de température Blocage INTERNE

22 Cafés scientifiques LMDC – Jeudi 12 Mars 2009 Prévision de la fissuration précoce 22/25 Application : Voile Civaux B Fissure 2 Fissure 1 d xx (78 h) 0 1 d xx (68 h) Effet des déformations empêchées par le radier Blocage EXTERNE

23 Cafés scientifiques LMDC – Jeudi 12 Mars 2009 Prévision de la fissuration précoce 23/25 Application : Voile Civaux B11 -1,9 kN 23 kN xx (78 h) 0 1 Fissure 2 Fissure 1 d xx (78 h) Fissuration obtenue par le modèle à 96h Fissuration observée sur le voile expérimental

24 Cafés scientifiques LMDC – Jeudi 12 Mars /25 24 IV – Conclusions I – Présentation de la structure II – Prévision des champs de température III – Prévision de la fissuration précoce

25 Cafés scientifiques LMDC – Jeudi 12 Mars 2009 Conclusions 25/25 Prévision des températures Prévision de la température au cœur légèrement sous-estimée Essais Langavant complémentaires sur liants réels Prévision des gradients approximatifs Astuce numérique pour CL de convection multiples

26 Cafés scientifiques LMDC – Jeudi 12 Mars 2009 Conclusions 25/25 Prévision de la fissuration précoce Prévision de la fissuration globalement sous estimée Amélioration de la compréhension des phénomènes au très jeune âge Amélioration de la prise en compte du retrait endogène (essai endogène au très jeune âge => Thierry …) Occurrence de la percolation et incidences


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