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Thiebaut, Yvan. Evaluation de structures en béton armé atteintes de réaction sulfatique interne

Thiebaut, Yvan (2018). Evaluation de structures en béton armé atteintes de réaction sulfatique interne.

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Résumé en francais

La réaction sulfatique interne (RSI) est une pathologie conduisant au gonflement et à la dégradation du béton de certains ouvrages. En tant que gestionnaire d'ouvrages, VINCI doit assurer la sécurité des usagers et des biens. Pour cela, une évaluation de l'aptitude au service des ouvrages concernés est nécessaire. Ce travail a pour but d'améliorer la modélisation des phénomènes mécaniques induits par la formation d'ettringite différée, notamment sous contrainte. Une campagne expérimentale a été réalisée sur éprouvettes prismatiques en béton réactif libres de contraintes, armées uniaxialement, armées triaxialement et soumises à un chargement uniaxial de compression de 14,5 MPa. Les phénomènes expansifs sont relativement isotropes en l'absence de contraintes et atteignent 0,6 % en fin de réaction. Le bridage induit par la présence des armatures conduit à une diminution importante des déformations dans les directions concernées, sans impact majeur sur le gonflement dans les directions libres : les déformations du béton initiées par la RSI sont de fait anisotropes sous chargement anisotrope. Une fissuration préférentielle est observée parallèlement à la direction gênée. L'application d'un chargement uniaxial de compression à hauteur de 14,5 MPa entraine un raccourcissement du béton dans la direction chargée, les déformations de fluage masquant les éventuelles expansions. La décharge de ces corps d'épreuve après environ 420 jours d'immersion a provoqué une reprise des gonflements de l'ordre de 0,10 % en 3 jours dans la direction chargée, sans effet visible dans les autres directions. Au cours des 200 jours suivants, des gonflements longitudinaux et transversaux similaires en termes de cinétique et d'amplitude ont été observés. Ce phénomène a été attribué au renouvèlement de l'eau de conservation ayant eu lieu au moment de la décharge, en particulier à une réaccélération du lessivage des alcalins. L'endommagement induit par la RSI sur le béton a été caractérisé par le biais d'essais de compression, traction par fendage et mesures de module d'Young avant et après gonflement. L'effet de la RSI sur l'adhérence acier-béton a également été mesuré par le biais d'essais pull-out. Si la contrainte maximale d'adhérence est finalement peu impactée par des déformations longitudinales de l'ordre de 0,25 %, le module de cisaillement de l'interface acier-béton est quant à lui affecté par la RSI. L'ensemble des données expérimentales recueillies ont permis d'alimenter un modèle chemo-poromécanique de RSI prenant en compte l'ensemble des phénomènes impliqués dans le comportement du béton armé (plasticité, endommagement, fluage, retrait, armatures réparties...). La capacité du modèle à reproduire les résultats expérimentaux a donné satisfaction. Une loi de blocage de la précipitation d'ettringite différée en présence d'alcalins a été proposée et a permis de modéliser la reprise des gonflements après renouvèlement de l'eau de conservation. Le modèle a ensuite été appliqué à un fût de pile de pont atteint de RSI. Une méthodologie de calibration faisant intervenir un essai d'expansion résiduelle sur carotte et les indices de fissuration mesurés sur le parement de l'ouvrage a été utilisée. La capacité du modèle à lier la fissuration localisée et diffuse, l'endommagement et le fluage conduit à une estimation pertinente de l'état de contrainte dans l'ouvrage, malgré une trop forte localisation de certaines fissures. L'impact de la porosité initiale, en particulier dans le cas de béton avec air entrainé, sur les amplitudes de gonflement a été discuté. Ce modèle, outil de requalification des ouvrages, peut également servir de base de calcul dans la perspective de travaux de réhabilitations et de renforcement.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Sellier, Alain
Multon, Stéphane
Lacarrière, Laurie
Ecole doctorale:Mécanique, énergétique, génie civil, procédés (MEGeP)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions (LMDC), EA 3027
Mots-clés libres :Réaction sulfatique interne - Lessivage des alcalins - Gonflement - Anisotropie - Béton armé - Adhérence acier-béton - Modélisation - Ouvrage
Sujets :Génie civil, bâtiment
Déposé le :19 Apr 2019 11:15