Contribution à l'étude du comportement mécanique et hydromécanique du béton

Ce travail comprend des études concernant l’endommagement, la rupture et leurs influences sur la perméabilité du béton. Des analyses théoriques et expérimentales ont été présentées pour mettre en évidence le mécanisme d’initiation et de propagation des fissures dans le béton, ainsi que l’évolution de la perméabilité de ce matériau sous l’action d’une charge et de la température. Une étude bibliographique est d’abord réalisée. Elle constituera une base de connaissance bien utile pour les problèmes étudiés dans ce travail. Les comportements mécaniques, les modèles constitutifs du béton, notamment les modèles d’endommagement et de rupture, ont été analysés en détail. Le modèle Mazars a été choisi comme le modèle de référence pour le développement de nos recherches. L’évolution de la perméabilité du béton en fonction des charges mécaniques appliquées ou de la température est également abordée dans cette étude bibliographique. Un programme d’essai a été réalisé pour déterminer les paramètres de ruptures de bétons ordinaires couramment utilisés au Vietnam. L’énergie de rupture, le facteur d’intensité de contrainte et la longueur caractéristique des zones de rupture ont été définis comme des fonctions de la résistance en compression et de la taille des éprouvettes d’essai. Une loi d’effet d’échelle est aussi établie pour les différents types bétons analysés. L’approche non-locale dans l’intégration de la loi de comportement a été introduite dans le code aux éléments finis Lagamine, afin de tenir compte de la localisation de la déformation dans les zones endommagées du béton. Des exemples de simulations ont montré l’avantage du modèle d’endommagement non-local. Une analyse de sensibilité des résultats numériques avec les paramètres d’endommagement est réalisée et permet de déterminer ces paramètres par calage pour les bétons testés. Les jeux de paramètres ainsi obtenus ont été validés par comparaison entre les réponses numériques et expérimentales sur des poutres simples en béton armé. Un deuxième programme d’essai a également été effectué dans ce travail pour étudier l’évolution de la perméabilité du béton sous l’action de la charge mécanique et de la température. Les valeurs de la perméabilité à l’eau et au gaz sont mesurées simultanément et permettent d’obtenir une comparaison relative. Ces résultats expérimentaux accompagnés d’autres résultats expérimentaux de la littérature ont été pris comme base pour la proposition des modèles mécaniques, thermiques et thermo-mécaniques d’évolution de la perméabilité du béton. L’évolution de la perméabilité est considérée non seulement comme une fonction de l’endommagement diffus, mais aussi de l’endommagement localisé. Afin de calculer les valeurs de la perméabilité du béton fissuré, la loi de Poiseuille a été utilisée. Une technique est alors proposée afin de pouvoir utiliser cette loi dans une approche continue. Cette loi pourrait alors être utilisée pour déterminer la perméabilité à travers un milieu fissuré. Les lois d’évolution de la perméabilité proposées ont été implémentées dans le code Lagamine. Des exemples de simulation ont été réalisés pour calculer la perméabilité structurelle à travers des structures en béton d’une part sous chargement et d’autre part sous chargement et température simultanément / This work concerns the study of the damage, the fracture and their effects on the permeability values of concrete. Theoretical and experimental analysis have been represented to clarify the mechanism of crack initiation and crack propagation in concrete as well as the evolution of permeability values of this material under the action of mechanical load and temperature.A literature preview was carried out first to have a good background of considered problems in this work. Mechanical behaviors, constitutive models, especially damage and fracture models have been analyzed in detail. The Mazars damage model has been chosen as the base to develop further researches. The permeability of concrete was also mentioned in this study based on the published results in literature.An experimental program has been carried out to determine fracture parameters of ordinary concretes commonly used in Vietnam. Fracture energy, stress intensity factor and characteristic length of fracture process zones were represented as functions of compressive resistance and structural dimensions. The size effect law was also established for considered concretes.Nonlocal approach of integral formula was added in finite elements code Lagamine to take into account the strain localization in damaged zones of concrete. Some examples of simulation were realized to prove the advantages of nonlocal damage model. The dependence of numerical results on damage parameters was taken as a basis to carry out a calibrating process of these parameters for considered ordinary concretes. The obtained sets of damage parameters have been validated by a comparison of numerical responses beside experimental ones of simple reinforced concrete beams.A second experimental program was also realized in this work to study the evolution of permeability of concrete under the action of mechanical loading and temperature. The values of water and gas permeability are measured in the same time to have a relative comparison of these ones. These experimental results together with experimental results in literature were taken as a basis of the proposition of some mechanical, thermo-mechanical models of fluid permeability of concrete. The evolution of permeability was considered not only as a function of diffuse damage but also localized damage. In order to calculate permeability values of cracked concrete, the Poiseuille law has been used, a technique was then proposed to be able to use this law in a continuous approach that could have a good prediction of permeability through cracked media.The proposed laws of permeability were implanted in Lagaminde code. Some examples of simulation have been carried out to calculate the structural permeability through concrete structures under mechanical action and under thermo-mechanical action