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

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Laboratoire Matériaux et Durabilité des

Constructions

Laurie BUFFO-LACARRIERELaurie BUFFO-LACARRIERE

Fissuration précoce des structures massives

Comportement thermomécanique des voiles expérimentaux EDF de Civaux

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CEOS.FRComportement et Evaluation des Ouvrages Spéciaux

Fissuration et Retrait

EXPERIMENTATION REGLEMENTATIONMODELISATION

Comportement monotone

Comportement cyclique

Comportement THM

Poutres sous chargement

hydrique

Structures massives au jeune âge

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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 l’hydratation

FISSURATION PRECOCE

Par déformations empêchées

Pb : Couplage avec les phénomènes physico-chimiques

au jeune âge

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I – Présentation de la structureI – Présentation de la structureI – Présentation de la structureI – Présentation de la structure

II – Prévision des champs de températureII – Prévision des champs de température

III – Prévision de la fissuration précoceIII – Prévision de la fissuration précoce

IV – ConclusionsIV – Conclusions

PLAN DE L’EXPOSE

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Présentation de la structure5/25

x

y

z

Géométrie

- Calcul thermique : Voile + Radier + Sol => 14000 éléments

Surfaces bleues en convection (voile et radier)

- Calcul mécanique : Voile => 6000 éléments

Surface inférieure du voile bloquée (effet du radier)

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Présentation de la structure6/25

Description du ferraillage

Modélisation : Eléments barre élastiques => 2000 éléments

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Présentation de la structure7/25

Formulation des bétons

Caractéristiques mécaniques mesurées

Liant composé

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II – Prévision des champs de températureII – Prévision des champs de température

I – Présentation de la structureI – Présentation de la structure

III – Prévision de la fissuration précoceIII – Prévision de la fissuration précoce

IV – ConclusionsIV – Conclusions

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Prévision des champs de température

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Champ de température

Champ de teneur en eau

Champs de degrés

d’hydratation Production de chaleur

Consommation d’eau

Activation thermique

"Activation" hydrique

Clinker

Cendres volantes

...

Hydratation

EnsoleillementVent Coffrages

T extérieure

CureVent

HR

ENV I RONNEMENT

MATERIAU

Tth

WthW

QfTgraddivTc

QfWgradDdivW

CHTWF

.

.

,,,

Présentation générale du modèle

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Prévision des champs de température

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10/25

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

d /dt

d/dt

Activation chimiqueInteraction

portlandite/additions

Activation thermiqueAccessibilité de l'eau aux anhydres

CHsThrWgA iimiiii ,

Loi de cinétiques de réaction

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Prévision des champs de température

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11/25

0

100

200

300

400

0 40 80 120 160

Temps (h)

Q (J/g)C exp C modele

0

100

200

300

400

0 40 80 120 160

Temps (h)

Q (J/g)C exp C modele

C+CV exp C+CV modele

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) seul2 – 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

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+ Conditions aux Limites

Loi de conservation de la masse d’eau

WbDD WW exp0 Loi de Mensi

SrbDD WHydW exp0

Effet de l’hydratation

Effet de la quantité d’eau

Convection - Vent - Text

W imposée (cure humide)

iiWthiW QfWgradDdivW )(

- matériau en cours d’hydratation :

Coefficient de transport d’eau

Demande en eau du composé i Calculée en fonction de sa composition chimique

Paramètres DW0 et b calés sur un essai de perte de masse

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HeqHair

coffrage

bétonbéton

Convection : - vent- Text- coffrage

iiTthi QfTgraddivTc )( + 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 = C3S, C2S C3A, C4AF

Additions : Littérature

kthkCTth QfQ

Calculées en fonction :- de la composition du béton- de la nature des granulats

Conduction : - sol- autre structure Flux solaire

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Prévision des champs de température

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14/25

Application aux voiles Civaux

0

10

20

30

40

50

60

0 20 40 60 80 100 120

Temps (h)

T (°C)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 20 40 60 80 100 120 140

Temps [Heures]

Tem

pera

ture

[°C]

sonde 1 Série2sonde 2 Série4sonde 3 Série6sonde 4 Série8sonde 5 Série10sonde 6 Série12sonde exterieure

B110

10

20

30

40

50

60

0 20 40 60 80 100 120

Temps (h)

T (°C)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 20 40 60 80 100 120 140

Temps [Heures]

Tem

pera

ture

[°C]

sonde 1 Série2sonde 2 Série4sonde 3 Série6sonde 4 Série8sonde 5 Série10sonde 6 Série12sonde exterieure

BHP

Pb dans la gestion de CL de convection différentes dans Castem sur arêtes

Approximation :

Coefficient d’échange thermique moyen sur les faces latérales (coffrées) et supérieure (libre)

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III – Prévision de la fissuration précoceIII – Prévision de la fissuration précoce

I – Présentation de la structureI – Présentation de la structure

II – Prévision des champs de températureII – Prévision des champs de température

IV – ConclusionsIV – Conclusions

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Prévision de la fissuration précoce16/25

T

Modèle d’hydratation multiphasique

Modèle de comportement thermomécanique jeune âge

E()

0

10000

20000

30000

40000

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

E (MPa)

0

10000

20000

30000

40000

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

E (MPa)

Seuil de percolation mécanique s identique

n

s

sthXX

1

n=2/3

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Prévision de la fissuration précoce17/25

0

10000

20000

30000

40000

50000

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

E (MPa)

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

0 20 40 60 80 100 120

Temps (h)

T (°C)

T

T

Modèle d’hydratation multiphasique

Modèle de comportement thermomécanique jeune âge

E()

Seuil de percolation

Tref

)(

)(

seuilref

refT

TT

TT

Importance du très jeune âge

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Prévision de la fissuration précoce18/25

Fissuration précoce des structures ?

Modèle d’endommagement

anisotrope

Modèle de fluage

Ecriture incrémentale des lois élastiques

(caractéristiques évolutives)

T

T

Modèle d’hydratation multiphasique

E()

Modèle de comportement thermomécanique jeune âge

Calcul des contraintes dues aux blocages internes/externes

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Prévision de la fissuration précoce19/25

Application : Voile Civaux BHP

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

0 20 40 60 80 100 120

Temps (h)

T (°C)

-2,5 MPa

4 MPa

x

y

z

xx (96 h)xx (36 h)

x

y

z -3,3 MPa

1,1 MPa

Effet du gradient de température

Blocage INTERNE

Effet des déformations empêchées par le radier

Blocage EXTERNE

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Prévision de la fissuration précoce20/25

Application : Voile Civaux BHP

0

1

x

y

z

dxx (96 h)

-1,9 kN

4,8 kN

x

y

z

xx (96 h)

Fissuration obtenue par le modèle à 96h

Fissuration observée sur le voile expérimental

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Prévision de la fissuration précoce21/25

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

0 20 40 60 80 100 120

Temps (h)

T (°C)

Application : Voile Civaux B11

-2 MPa

3 MPa

x

y

z

xx (52 h)

0

1

x

y

z

dxx (52 h)

Effet du gradient de température

Blocage INTERNE

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Prévision de la fissuration précoce22/25

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

0 20 40 60 80 100 120

Temps (h)

T (°C)

Application : Voile Civaux B11

0

1

Fissure 2

Fissure 1

x

y

z

dxx (78 h)

0

1

x

y

z

dxx (68 h)

Effet des déformations empêchées par le radier

Blocage EXTERNE

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Prévision de la fissuration précoce23/25

Application : Voile Civaux B11

-1,9 kN

23 kN

x

y

z

xx (78 h)

0

1

Fissure 2

Fissure 1

x

y

z

dxx (78 h)

Fissuration obtenue par le modèle à 96h

Fissuration observée sur le voile expérimental

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24/25

IV – ConclusionsIV – Conclusions

I – Présentation de la structureI – Présentation de la structure

II – Prévision des champs de températureII – Prévision des champs de température

III – Prévision de la fissuration précoceIII – Prévision de la fissuration précoce

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Conclusions25/25

• 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

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Conclusions25/25

• 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 …)

0

10000

20000

30000

40000

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

E (MPa)

Occurrence de la percolation et incidences