LES PLÉNIÈRES 2010 DU LCPC ET DU Sétra...

LILLE - 16 ET 17 JUIN 2010

LES PLÉNIÈRES 2010 DU LCPCET DU SétraSciences et techniquesdu Génie Civil

JOURNÉESOUVRAGES D’ART

Lucas ADELAIDE /25

Modélisation de structures en béton armé dégradées par corrosion

LILLE 16 ET 17 JUIN 2010

LES PLÉNIÈRES 2010 DU LCPC ET DU SétraSciences et techniquesdu Génie Civil


Modélisation de structures en béton armédégradées par corrosion

ADELAIDE LucasRICHARD BenjaminEPAILLARD SébastienCREMONA ChristianRAGUENEAU Frédéric

Lucas ADELAIDE /25





ContexteContexte et Objectifset Objectifs

Nécessité d’être capable d’évaluation les ponts existants pour ces principales raisons :

1. Augmentation de charge de service (Trafic, Renouvellement de la chaussée, …)

2. Manque d’entretien � Accélération du vieillissement3. Changement du code de conception (réduction du risque acceptable?)

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ContexteContexte et Objectifset ObjectifsLe pont d’Ovik :

� Ferroviaire� Béton armé

� 50 ans

� 2 travées

1 des rapports d’étude du projet « Sustainable Bridges » (2006):� Plan de construction d’origine du pont, Propriétés des matériaux.� Données expérimentales :

• Globales (réponse mécanique à mi-travée, …)• Locales (faciès de fissuration, ouverture de fissures, …)

� Synthèse d’étude éléments finis (J. & V. CERVENKA).

Exemple d’application approprié dans le but de tester les modèles

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ContexteContexte et et ObjectifsObjectifs

� Modéliser le pont d’Ovik par élément finis1. Sans considérer la corrosion (phénomène local)2. Avec la corrosion

� Tester l’efficacité des modèles développés sur une structure complexe (le pont d’Ovik d’un point de vue quantitatif et qualitatif)

� Mettre en évidence l’influence du phénomène local sur la réponse mécanique globale du pont

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PlanPlan1. Le pont d’Ovik

� Géométrie� Propriétés des matériaux constitutifs� Modèle élément fini

2. Analyse non linéaire par éléments finis sans corrosion� Brève introduction du modèle de béton développé� Résultats numériques

3. Influence de la corrosion sur le comportement de la structure� Brève introduction du modèle d’interface A/B développé� Résultats numériques

4. Conclusion et perspectives

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Le pont dLe pont d ’’OvikOvik -- GGééomom éétrietrie

36,40 m

1 m

6.40 m

6,5

m

5.80 m

0,6 m

12 m 12,2 m

Coupe AA

A

A

6,2 m

0,6 m1 m

0,8 m

3 m

H

3,5 m

0,35 m

Section transversale réelle du pont

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19830Module d’écrouissage (MPa)

411,3Limite élastique (MPa)

0,3Coefficient de Poisson

198300Module de Young (MPa)

Acier

3,2Résistance à la traction (MPa)

77,2Résistance à la compression (MPa)



Béton

Le pont dLe pont d ’’OvikOvik -- PropriPropri ééttéés des mats des mat éériaux riaux constitutifsconstitutifs

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Le pont dLe pont d ’’OvikOvik -- PropriPropri ééttéés des mats des mat éériaux riaux constitutifsconstitutifs

39000Module d’écrouissage (MPa)

2500Limite élastique (MPa)



Carbone

Disposition des barres de renforcement en carbone

Création des gorges d'accueil pour les barres de renforcement en carbone

� Ajout de barres de carbone pour tenir compte du cisaillement

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Le pont dLe pont d ’’OvikOvik -- ModMod èèle le éélléément finiment fini

� Modèle 2D en contrainte plane :

Elément barPatin rigide

Elément fini type quadrangle

Domaine élastique linéaire

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Analyse non linAnalyse non linééaire par aire par ééllééments finis sans ments finis sans corrosion corrosion -- ModModèèle de ble de bééton dton dééveloppveloppéé

� Caractéristiques :

� Réponse dissymétrique en traction/compression

� Déformations permanentes

� Effets hystérétiques

� Effet unilatéral partielhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh

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Analyse non linAnalyse non linééaire par aire par ééllééments finis sans ments finis sans corrosion corrosion -- RRéésultats numsultats numéériquesriques

� Courbe de réponse globale Force/Déplacement :

Phase linéaire

Phase de fissuration du béton

Phase de plastification des aciers

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� Cartographie d’endommagement :

• Flèche : 30 mm

• Flèche : 100 mm

• Flèche : 8 mm

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� Déformations principales dans le béton :

Ouverture de fissure :RICRAG � 2,97 mmRéalité � 4 mm

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Concordance

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Influence de la corrosion sur le comportement Influence de la corrosion sur le comportement de la structure de la structure -- ModModèèle dle d’’interface A/Binterface A/B

� Effets dus à la corrosion :

� Effet sur l’acier

� Effet sur l’interface

- Apparition de la fissuration une fois la résistance à la traction dépassée

- Variation de l’adhérence entre l’acier et le béton

- Réduction de la section d’acier

� Effet sur le béton

- Gonflement dû aux produits de corrosion

- Réduction de la ductilité de l’acier

- Comportement anélastique dans le cas où les produits de corrosion sont comprimés

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Influence de la corrosion sur le comportement Influence de la corrosion sur le comportement de la structure de la structure -- ModModèèle dle d’’interface A/Binterface A/B

- Gonflement

� Dégradation par couplage des modes I et II

� Effets hystérétiques

� Effet unilatéral partiel

� Effet dû à la corrosion

- Variation de l’adhérence

- Comportement anélastique des produits de corrosion

� Caractéristiques :

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Influence de la corrosion sur le comportement Influence de la corrosion sur le comportement de la structure de la structure -- RRéésultats numsultats numéériquesriques

� Analyse de l’effet locale (corrosion) sur le comportement global du pont :

- Réduction de la section d’acier

- Variation de l’adhérence acier/béton

1. Repérage des barres les plus contraintes :

� Où placer les éléments joints lors de la modélisation ?

2. Implantation des éléments joints :

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� Réponse globale du pont : avec et sans éléments d’interface

1. Résultats cohérents avec la réalité

0 10 20 30 40 50 60 70 80 900

2

4

6

8

10

12

Mid span displacement (mm)

Load

(M

N)

Sustainable BridgesNumerical resultsExperimental data

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� Réponse globale du pont : effet de la réduction de section d’acier

1. Diminution de la capacité portante par rapport à la section d’acier

2. Résultats obtenus par d’autres chercheurs à l’échelle de la poutre :

[Ouglova 2004]

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� Réponse globale du pont : effet de la variation d’adhérence acier/béton

1. Diminution de la capacité portante

2. Résultats obtenus par d’autres chercheurs à l’échelle de la poutre :

[François 2008]

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1. Le pont d’Ovik� Géométrie� Propriétés des matériaux constitutifs� Modèle élément fini




PlanPlan

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Conclusion et perspectivesConclusion et perspectives� Modélisation du pont d’Ovik

� Bonne adéquation des résultats et/ou Résultats satisfaisants et encourageant pour la suite des investigations

� Analyse de l’effet d’une dégradation locale sur le comportement structural

• Validation des modèles développés au LCPC à l’échelle d’un pont- Modèle de béton- Modèle d’interface acier/béton

• Courbe Force/Déplacement• Cartographie d’endommagement et faciès de fissuration• Estimation de l’ouverture de fissure

• Résultats cohérents suite aux résultats à l’échelle de la poutre

• Difficultés rencontrées :- Maillage difficile à générer pour des structures complexes- Coût de calcul très élevé

� Amélioration du modèle d’interface : • Manque de données expérimentales (Inconvénient ) �� Paramètres matériau difficile à identifier proprement

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