Prévision et évaluation de la fissuration précoce des ouvrages en béton

L'objectif de ce travail était de concevoir un outil de simulation permettant de choisir les meilleures solutions pour limiter la fissuration au jeune âge des structures en béton. Cet outil a été développé dans le code aux éléments finis CASTEM, il s'organise en deux phases de modélisations successives : un modèle déterminant les champs d'hydratation ainsi que les états hydriques et thermiques de la structure suivi d'un modèle mécanique utilisant ces données pour estimer la fissuration. Le modèle d'hydratation développé est un modèle multiphasique permettant de prévoir les évolutions conjointes de la teneur en eau, de la tempe rature et de l'hydratation des différentes phases de liants composés. Il est basé sur la résolution couplée des lois de cinétiques d'hydratation de chaque phase avec les lois de conservation de la masse d'eau et de la chaleur. La loi cinétique utilisée pour modéliser l'hydratation des phases du liant est basée sur une approche phénoménologique des cinétiques de réactions et des interactions entre phases (clinker et composés secondaires). Le modèle a été testé sur une structure massive de 27 m3 coulée in situ. La connaissance des champs hydriques, thermiques et d'hydratation permet ensuite de prévoir les déformations induites par les variations de teneur en eau (retrait de séchage et d'autodessiccation) et de température (déformations thermiques) au sein de la structure. Le risque de fissuration peut alors être évalué avec le modèle mécanique à partir des contraintes induites par les déformations empêchées (gradients thermiques et hydriques ou conditions aux limites mécaniques). Le modèle mécanique proposé est de type viscoélastique non linéaire couplé à un modèle d'endommagement anisotrope. Il permet de traiter de façon globale les phénomènes de retrait et de fluage par l'utilisation d'un modèle rhéologique reproduisant le comportement hydromécanique du béton non saturé.The purpose of this work concerns the design of a simulation tool box able to predict the early age cracking in order to help to the choice of adequate technical solutions. The numerical tool box has been developed in the finite element code CASTEM and is based on two successive models: the first one determines the hydration degree and the hydric and thermal states of the structure while the second one uses these data to assess the risk of early age cracking. The hydration modelling proposed is a multiphasic model which allows the prediction of the coupled evolution of the hydration degree of several anhydrous phases, of the temperature andwater content. It is based on the resolution of hydration kinetic laws coupled with the water mass balance equation and the heat balance one. The kinetic laws used to model the reactions of the different phases of the binder are based on a phenomenological approach of the development of reactions and of the interactions between phases (clinker and mineral admixtures). The model has been successfully applied to the simulation of a 27 m2 massive in situ structure. The knowledge of hydration, hydric and thermal states then allows the prediction of the strains induced by water content or temperature variations. The induced stresses and the cracking risk associated can be evaluated using the mechanical model. The proposed model is based on a non linear viscoelastic module coupled to an anisotropic damage one. It models the shrinkage and creep phenomena with a global phenomenological approach using a rheological model that reproduces the hydro mechanical behaviour of unsaturated concreteTOULOUSE-INSA (315552106) / SudocSudocFranceF