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Comportement triaxial du béton sous fortes contraintes : Influence du trajet de chargement Thomas GABET Laboratoire SOLS, SOLIDES, STRUCTURES Le 30 Novembre.

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1 Comportement triaxial du béton sous fortes contraintes : Influence du trajet de chargement Thomas GABET Laboratoire SOLS, SOLIDES, STRUCTURES Le 30 Novembre 2006

2 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°2/42 Cadre de recherche Maîtrise du comportement du béton sous impact Collaboration L3S-CEG(DGA) : contrat PREVI (Pôle de Recherche et d'Etudes sur la Vulnérabilité des Infrastructures) Intro impacteur Structure béton Compaction et cratérisation Compaction et cisaillement Écaillage Réponse dynamique complexe dépendant du trajet de chargement triaxial

3 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°3/42 Cadre de recherche Caractérisation triaxiale du comportement du béton sous fortes contraintes Intro - Béton de référence : Influence du trajet de chargement Thomas GABET - Béton modifié : Influence de la composition, du taux de saturation X.H. VU Effets de la vitesse de chargement sur la réponse du béton Maîtrise du trajet de chargement Caractérisation statique :

4 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°4/42 Plan 1. Dispositif et Mise au point 2. Résultats dessais 3. États limites 4. Faciès de rupture 5. Simulations des essais Conclusions et perspectives Intro

5 I. DISPOSITIF, MISE AU POINT DES ESSAIS

6 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°6/42 La Presse GIGA (resp. tech. : Roger SABBIA) Vérin multiplicateur p max : 0,85 GPa Cellule de confinement Dispositif 7 cm 14 cm Échantillons Vérin axial σ x max : 2,3 GPa

7 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°7/42 Chemins de sollicitations q=σ x -p p hydrostatique uniaxial confiné (triaxial) proportionnel extension Œdométrique Dispositif σxσx p σxσx ε r =0 p : pression de confinement σ m : contrainte moyenne dans léchantillon

8 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°8/42 σ rupt (28 jours) : 30 MPa Affaissement : 7 cm Taille maximale des granulats : 8 mm Porosité accessible à leau : 12 % Densité : 2,2 Propriétés du béton étudié : R30A7 Échantillons considérés comme secs : (séchés à 50°C dans une étuve jusquà stabilisation de la masse) Dispositif

9 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°9/42 Instrumentation 1 capteur de déplacement 1 capteur de force axiale Mise au point Mesure des déformations 1 jauge axiale 2 jauges circonférentielles Mesure des contraintes 1 capteur de pression

10 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°10/42 Protection des échantillons : difficultés béton Porosité macroscopique infiltration de fluide dans léchantillon perte des signaux des jauges perforation de la membrane et des jauges Mise au point + Pression

11 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°11/42 béton Reboucher les porosités de surface Bouclier de protection des jauges Membrane multi-couche Latex Neoprene Protection des échantillons : solutions (X.H. VU) Mise au point

12 II. RÉSULTATS DESSAIS

13 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°13/42 p=400 MPa, Cycles dessais hydrostatiques p=650 MPa,p=650 MPa Compaction : - Phénomènes irréversibles fermeture de porosité dégradation de la structure - Décharge/recharge élastiques - Dépend de σ m maximum atteint - Non-linéarité à la décharge élasticité résiduelle Essais p p σmσm

14 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°14/42 Essais triaxiaux trx650 trx500 trx200 trx100 trx50 CS trajets de chargement Essais σxσx p

15 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°15/42 comportement axial trx650 trx500 trx200 trx100 trx50 Essais triaxiaux - σ x max : 1,6 GPa - Réponse hydrostatique identique à tous les essais Essais εθεθ εxεx

16 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°16/42 phase déviatoire trx650 trx500 trx200 trx100 trx50 Essais triaxiaux Confinement plus élevé : - Béton plus raide - Niveaux de contraintes atteints plus élevés Essais εθεθ εxεx

17 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°17/42 trx500 trx200 trx50 trx100 trx650 comportement volumique Essais triaxiaux - Comportements hydrostatiques identiques - Compaction accentuée par le déviateur des contraintes Essais

18 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°18/42 trajets de chargement Essais proportionnels k=0,5 k=0,2 k=0,3 k=0,35 k=1 Essais p=k*σ x σxσx p k, q/σ m

19 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°19/42 comportement axial k=0,5 k=0,2 k=0,3 k=0,35 k=1 Essais proportionnels Essais k plus élevé, - Béton plus raide - Niveaux de contraintes atteints plus élevés - Évolution de la forme des courbes εθεθ εxεx

20 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°20/42 k=0,5 k=0,2 k=0,3 k=0,35 k=1 Essais proportionnels Influence du déviateur sur la réponse volumique : À σ m donné, q plus élevé, compaction plus importante Essais comportement volumique

21 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°21/42 Essai Œdométrique oedo hydro Essais - q accentue la compaction - ε v max : 12% σxσx ε r =0 comportement volumique

22 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°22/42 Essais dextension m (MPa) q=σ x -p (MPa) EXT200 EXT450 Essais Influence de langle de Lode σxσx p x θ Lode y z y = σ z =p

23 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°23/42 Essais Essais dextension ext200 ext450 εθεθ εxεx εθεθ εxεx

24 III. ÉTATS LIMITES

25 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°25/42 trx500 trx200 trx50 trx100 trx650 Essais Triaxiaux k05 k02 k03 k035 k1 Essais Proportionnels trx200 trx50 trx100 trx650 CS k035 k03 k02 États limites triaxiaux et proportionnels transitions contraction-dilatation Surface seuil : indépendante du trajet de chargement Etats limites Seuils de contrainte :

26 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°26/42 maximum de déviateur TS EXT200 EXT450 Premiers essais dextension : Pas dinfluence de langle de Lode (à ces niveaux de contrainte) Etats limites États limites en extension

27 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°27/42 Conclusions sur les états limites … - Surface seuil indépendante du trajet de chargement - Pas dinfluence de langle de Lode (à ces niveaux de contrainte) - Essai OEDO : limite de la dilatation => compaction la plus importante et la compaction Etats limites

28 IV. MODES DE RUPTURE OBSERVÉS

29 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°29/42 Localisation : essais TRX trx650 trx500 trx200 trx100 trx50 Rupture oblique oblique - horizontale horizontale Évolution de lorientation de la localisation avec le confinement CS

30 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°30/42 k05 k02 k03 k035 Localisation : essais PRP oblique horizontale Pas de localisation Rupture Évolution de la localisation avec k k1

31 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°31/42 Localisation : Bilan Évolution de lorientation avec σ m Localisation si q/σ m élevé Rupture

32 V. SIMULATIONS DES ESSAIS GIGA - Modèle PRM - Identification des paramètres - Simulations dessais triaxiaux

33 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°33/42 Endommagement Plasticité Contraintes effectives eau vide Simulations « Fissuration à faibles confinement » « Mécanismes irréversibles sous fort confinement » « Influence de leau sur la réponse du matériau » Modèle PRM

34 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°34/42 Modèle PRM : Plasticité (Krieg & Swenson) Compaction du matériau, écoulement plastique volumique Seuil de plasticité, comportement déviatoire Simulations Plasticité volumiquePlasticité déviatoire σmσm εvεv σmσm q M1 M2 M3

35 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°35/42 vide Modèle PRM : Taux de saturation Simulations Modèle à contraintes effectives point de consolidation sec point de consolidation σmσm εvεv eau vide σ m effective σmσm q q max σ m eff σ m effective σdσd Paramètres : - Porosité - Taux de saturation

36 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°36/42 Identification du modèle Simulations paramètres élastiques, endommagement comportement volumique seuil de plasticité déviatoire E, v, fc, ft, Gfσ m =f(ε v )

37 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°37/42 Simulations des essais GIGA : Essai Hydrostatique cyclique Simulations - Essai bien simulé, - Excepté la non-linéarité en fin de décharge

38 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°38/42 Simulations Essais Triaxiaux et proportionnels Courbes de comportement volumique Essais triaxiauxEssais proportionnels Défauts du modèle : - Non prise en compte de linfluence de q sur la compaction - Comportement dilatant non simulé Simulations des essais GIGA :

39 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°39/42 Modélisation des essais GIGA : : le modèle simule bien linfluence de la teneur en eau sur la réponse limite du matériau Simulations Influence du taux de saturation sur q max Résultats expérimentauxSimulations numériques 45% 65% 80% 100% % 80% 45% 100% X.H. Vu

40 V. CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES

41 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°41/42 Conclusions - Compaction dépendante du trajet de chargement - Surface seuil indépendante du trajet de chargement - Surface seuil indépendante de langle de Lode - Évolution de lorientation de la localisation avec σ m - Apparition de la localisation pour q/σ m élevé Étude expérimentale - Déviateur non pris en compte dans la réponse volumique - Sr < 80%, bonne simulation de linfluence de leau sur q max Étude numérique

42 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°42/42 Perspectives Conclusions - Essais dextension à faible confinement (Influence de langle de Lode à basse pression) - Influence de la vitesse de chargement sur le comportement triaxial - Influence de la composition du béton, du taux de saturation - Influences respectives du mortier et des granulats du béton Comportement du béton Modes de rupture, localisation - Étude des faciès de rupture à différents niveaux de chargement (trajet donné) - Analyse de la localisation au tomographe à rayons X Modèle PRM - Évaluations du modèle sur des simulations dimpact - Prise en compte du déviateur sur la compaction En cours

43 Merci de votre attention !

44 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°44/42 Teneur en eau Modèle série Modèle parallèle σmσm εvεv vide eau ε veau = ε vsec σ m eau = f(ε veau ) σ m sec = K ε vsec σ m =σ m sec + ησ m eau ε v = ε veau + ε vsec σ m eau = f(ε veau ) σ m sec = K ε vsec σ m =σ m sec = σ m eau 2 Modèles

45 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°45/42 trx200 trx50 trx100 trx650 CS k035 k03 k02 États limites triaxiaux et proportionnels transitions contraction-dilatation k05 k02 k03k035 k1 trx500 trx200 trx50 trx100 trx650 Seuils de contrainte : Surface seuil de déformation: indépendante du trajet de chargement Etats limites

46 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°46/42 Bandes de compaction ? - Taille max des grains - Porosité - Pas de rupture marquée des grains - Orientation Effondrement local de la porosité Apparition possible : - Matériau « homogénéisé » : caractéristiques mécaniques de la matrice et des grains identiques (porosité, densité, module de compressibilité) - Matériau localement homogène : pas de gros granulats empêchant leffondrement local sur une bande de léchantillon

47 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°47/42 Observations sur R30A7 après PRP035 Cœur de léprouvette Observations : Éric BUZAUD (CEG)

48 Intro/Dispositif/Mise au point/Essais/Etats limites/Rupture/Simulations/Conclusions n°48/42 Observations sur MB50 après essai œdo Cœur de léprouvette 5 mm Observations : Éric BUZAUD (CEG)


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