Caractérisation expérimentale du béton sous fort confinement : Influences du degré de saturation et du rapport Eau/Ciment Xuan Hong VU Laboratoire Sols Solides Structures – Risques, Université de Grenoble Soutenance de thèse le 29 août 2007 - Grenoble
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Caractérisation expérimentale du béton sous fort confinement : Influences du degré de saturation et du rapport Eau/Ciment Xuan Hong VU Laboratoire Sols.
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Caractérisation expérimentale du béton sous fort confinement :
Influences du degré de saturation et du rapport Eau/Ciment
Xuan Hong VU
Laboratoire Sols Solides Structures – Risques, Université de Grenoble
Soutenance de thèse le 29 août 2007 - Grenoble
n°2/47
Plan
• Motivations
• Mise au point des essais
• Influence du degré de saturation
• Influence du rapport E/C
• Conclusions et perspectives
n°3/47
Contexte Etude de la vulnérabilité des infrastructures massives en béton (centrales
nucléaires, barrages, ouvrages d’art ...)
Motivations Mise au point des essais Influence du degré de saturation Influence de E/C Conclusions
Nécessité de caractériser le comportement des bétons ordinaires sous fort niveau de contrainte
Comportement mécanique du béton sous sollicitations extrêmes : mal connu• Impacts durs (missiles, chutes de blocs …)• Impacts mous (explosions, avalanches …)
Développer des modèles du comportement du béton sous sollicitations extrêmes
n°4/47
Cadre de recherche
Maîtrise du comportement du béton sous impact
Collaboration 3S-R – CEG (DGA) : PREVI (Pôle de Recherche et d'Etudes
sur la Vulnérabilité des Infrastructures)
Caractérisation statique du comportement du béton sous fort confinement
Influence du trajet de chargement T. GABET (Thèse GABET 11/2006)
Influences du degré de saturation et du rapport eau/ciment Xuan Hong VU
Effet de la vitesse de chargement sur la réponse du béton
Barres de Hopkinson (JRC-
ISPRA)
Validation
Tirs sur cibles (CEG)
Motivations Mise au point des essais Influence du degré de saturation Influence de E/C Conclusions
n°5/47
Essais statiques et dynamiques
Difficulté : béton et impacts
Matériau complexe
Difficile à maîtriser
Essais dynamiques en vraie grandeur
: coûteux
Essai dynamique
Sandia National Laboratories
Sollicitation complexe (Amplitude, Trajet de
chargement)Instrumentation délicate
Essai statique
Chargement homogène
Instrumentation plus facile
Déplacement contrôlé
Essai statique triaxial
p
F
Béton
Motivations Mise au point des essais Influence du degré de saturation Influence de E/C Conclusions
n°6/47
Objectifs (1/2)
1 an
Processus de séchage du béton très lent
Cœur du béton quasi saturé ≠ parement sec
100 ans
10 ans
e=1m
Comportement du béton sous fort confinementDegré de saturation
?
Motivations Mise au point des essais Influence du degré de saturation Influence de E/C Conclusions
n°7/47
Comportement du béton sous fort confinement
Formulation du béton?
Composition de la pâte (E/C)
Résistance en compression simple(Bolomey, Féret)
Objectifs (2/2)
Motivations Mise au point des essais Influence du degré de saturation Influence de E/C Conclusions
n°8/47
Mise au point des essais
n°9/47
8 mm Echantillon de béton
7 cm
p <
0,8
5 G
Pa
x < 2,3 GPa
14
cm
Dispositif expérimental (resp. tech. : Roger SABBIA)
Cellule de confinement
Presse triaxiale GIGA
Principaux organes Vérin
multiplicateur
Vérin axial
Béton
Instrumentation : 1 LVDT et 3 Jauges
Jauge
Motivations Mise au point des essais Influence du degré de saturation Influence de E/C Conclusions
Vue en coupe de la cellule
n°10/47
Protection des échantillons et jauges : difficultés
béton
Porosité macroscopique
perforation de la membrane et des jauges
+Forte pression de confinement
Motivations Mise au point des essais Influence du degré de saturation Influence de E/C Conclusions
Membrane
Jauge
Enclume
n°11/47
Membrane multi-couche
Latex
Neoprene
béton
Bouclier de protection des jauges
Jauge
Protection des échantillons et jauges : solutions
Reboucher les porosités de surface (par mortier)
Motivations Mise au point des essais Influence du degré de saturation Influence de E/C Conclusions
n°12/47
Influence du dispositif de protection sur la mesure des jauges
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
(bouclier+latex)
(bouclier seul)
(latex seul)
p (MPa)
(%)
p
p
Effet du dispositif de protection négligeable
Test hydrostatique sur polycarbonate
Motivations Mise au point des essais Influence du degré de saturation Influence de E/C Conclusions
n°13/47
Béton
CarbureCarbure
0
500
1000
1500
2000
2500
-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4
Analyse des sources d’erreurs sur les mesures de déformations
(%)
x
(MPa)
LVDT mes
Jauges
Test triaxial sur carbure de tungstène
?
?
x
Ph
ase h
yd
rosta
tiq
ue
Ph
ase d
évia
toir
e
Motivations Mise au point des essais Influence du degré de saturation Influence de E/C Conclusions
p
x
Effet de la pression sur les mesures des déformations ?
Caractéristiques élastiques du carbure de tungstène ?
n°14/47
Caractérisation du carbure de tungstène
0
400
800
1200
1600
-0,1 0 0,1 0,2 0,3
1
(MPa)
(%)
x(JA) (JO)
CS (10-3-2006)
CS (30-5-2006)
CS (20-3-2006)
x
(MPa)
Essai de compression simple sur carbure de tungstène
Module de compressibilité K= 361 GPaE=563 GPa
=0,24
Jauges
Motivations Mise au point des essais Influence du degré de saturation Influence de E/C Conclusions
x
n°15/47
Effet de la pression : Compensation
Effet de la pression sur les jauges négligeable
Prise en compte de l’effet de la pression sur le LVDT
0
100
200
300
400
500
600
700
-1,5 -1,2 -0,9 -0,6 -0,3 0 0,3
e = 30 mm p
(MPa) ux (JA1, exp, JA2)
u(p, e) utotal
u (mm)
Compensation (pression)
Essai hydrostatique sur carbure de tungstène
LVDT mes
Jauge
calculée (CS)
Motivations Mise au point des essais Influence du degré de saturation Influence de E/C Conclusions
p
p
n°16/47
Effet de la pression : validation
0
100
200
300
400
500
600
700
-0,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
p (MPa)
e = 30 mm
x (utotal)
(%)
x (ux)
(JA1, JO, JA2)
Bonne cohérence LVDT/jauges après correction
e = 30 mmEssai hydrostatique sur polycarbonate
LVDT mes
LVDT compensé
Jauges
Motivations Mise au point des essais Influence du degré de saturation Influence de E/C Conclusions
p
p
n°17/47
Béton
CarbureCarbure
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
Effet de la déformation des enclumes sur le LVDT
Essai de compression simple sur carbure de tungstène
Force déviatoire : Fd = F - pS
Prise en compte de la rigidité des enclumes
LVDT mes
Jauge
Compensation (Fd)
Motivations Mise au point des essais Influence du degré de saturation Influence de E/C Conclusions
x
Fd
(kN)
u (mm)
n°18/47
Béton
CarbureCarbure
0
500
1000
1500
2000
2500
-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4
Validation des compensations
Bonne cohérence LVDT/jauges après correction
Jauges
LVDT mes
LVDT
compensé
x
Ph
ase h
yd
rosta
tiq
ue
Ph
ase d
évia
toir
e
Capacité à réaliser des essais fiables
Maîtrise du traitement des mesures
Test triaxial sur carbure de tungstène
Motivations Mise au point des essais Influence du degré de saturation Influence de E/C Conclusions