Application sur structure de laboratoire

Dans le chapitre précédent, les principaux aspects du modèle de béton armé homogénéisé utilisé dans ces travaux ont été présentés. Outre l’homogénéisation des armatures, le modèle permet la prise en compte de phénomènes propres au béton comme la plasticité et l’endommagement, le fluage, le retrait, ou les gonflements internes en les couplant fortement. A l’issue de la modélisation d’éléments de petites dimensions (éprouvettes), différentes hypothèses ont été formulées et implémentées. L’ajout d’un paramètre lié à la latence initiale pour la RGI a été validé, cependant l’hypothèse faite sur la mobilité du gel nécessite une évaluation à l’échelle de la structure de laboratoire. En effet, le phénomène est observable lors d’un changement d’état de contrainte après gonflement. C’est, par exemple, le cas d’une poutre testée jusqu’à rupture après une phase de vieillissement.

De plus, le choix de modélisation de ces structures de laboratoire est un intermédiaire en termes d’échelle entre le comportement du matériau et le calcul d’une structure réelle (chapitre suivant). Il permettra de tester l’utilisation de la loi de gonflement d’un béton armé homogénéisé en conditions contrôlées avec des résultats expérimentaux jusqu’à la rupture. Une étude comparative des résultats numériques obtenus par le modèle et des essais expérimentaux issus de la littérature a été menée [Ohno et al., 1989]. Ces essais ont été choisis pour les conditions de conservation (non accélérées, sans variation hydrique forte) dans le but de limiter les phénomènes de gradients de gonflement pouvant altérer la lisibilité du phénomène recherché (changement d’état de contrainte après gonflement).

Données de l’étude expérimentale pour la validation

Dans leurs travaux, [Ohno et al., 1989] étudient l’impact de la RAG sur l’évolution du comportement de structures de laboratoires. Les auteurs comparent les comportements réactif et non réactif de poutres en béton armé soumises à une première phase de vieillissement avant d’être sollicitées jusqu’à rupture. De plus, et afin de considérer deux niveaux d’endommagement de la RAG, les essais sont menés à deux échéances : 17 et 45 mois. Par échéance, deux poutres réactives et une poutre non réactive de contrôle sont testées. Les poutres sont de dimensions 250*500*4000 mm, et sont armées par des cadres transversaux de 10 mm de diamètre ainsi que par quatre barres de 25 mm de diamètre en direction longitudinales (Figure I-1). Durant leurs vieillissements, celles-ci reposent sur des appuis simples, et sont chargées en flexion quatre points à 200 mm de la mi-travée durant leurs phases de sollicitation jusqu’à rupture. Les positions de ces conditions sont renseignées sur la Figure I-1.

En parallèle du vieillissement des poutres, des essais de compression ont été menés sur des éprouvettes cylindrique de béton de contrôle réactif et non réactif à 28 jours et 17 mois, et sur des carottages pour l’échéance de 45 mois, afin d’évaluer la résistance à la compression ainsi que le module d’Young. L’évolution de ces valeurs est tracée respectivement en Figure I-2-a et en Figure I-2-b. L’observation des valeurs mesurées pour le cas réactif, et plus précisément la réduction du module d’Young et l’augmentation du Rc entre 28 jours et 17 mois atteste d’un couplage complexe entre le phénomène d’hydratation et d’endommagement de RAG. Le modèle prend en compte l’endommagement de RAG en fonction du temps (cf. chapitre précédent), mais pas les phénomènes d’hydratation du béton. Ainsi, il a été choisi d’utiliser comme référence pour les quatre cas d’étude (réactif et non réactif, 17 et 45 mois) les caractéristiques les plus cohérentes, soit celles mesurées à 17 mois sur le béton non réactif.

Données de l’étude numérique

Comme évoqué précédemment, en plus de l’objectif de valider les hypothèses sur la migration du gel lors d’un changement de l’état de contrainte (décrit dans le chapitre précédent), il s’agit aussi ici d’étudier la dépendance du modèle de béton armé homogénéisé au maillage en contexte de RAG, en utilisant des maillages plus ou moins raffinés. Ainsi, l’étude numérique est menée en deux temps. La première phase consiste en la validation de la modélisation par la comparaison des résultats expérimentaux et numériques, avec un maillage considéré comme fin (nommé M0 dans le reste de l’étude). Par suite, l’impact de la taille des éléments finis est étudié en comparant les résultats numériques de M0 avec ceux obtenus par deux autres maillages plus grossiers (M1 et M2). Il est à noter que les éléments finis utilisés dans cette étude sont des éléments de type cube à 8 nœuds à fonction linéaire.