Modélisation chimico-mécanique du comportement des bétons affectés par la réaction d'alcali-silice et expertise numérique des ouvrages d'art dégradés

A la demande réelle d'une maintenance des ouvrages d'art en béton affectés par la réaction d'alcali-silice, les travaux effectués dans ce rapport concernent effectivement une modélisation mécanique du gonflement du matériau induit par la formation du produit chimique ainsi qu'une méthode d'expertise des structures réellement touchées. La modélisation du comportement du matériau nécessite la précision de deux aspects radicaux : la cinétique de l'expansion du produit et la réponse mécanique à cette expansion interne. Issus de la thermodynamique du béton affecté en tant qu'un système chimico-mécanique, l'avancement chimique de réaction et la réponse mécanique se trouvent dans la même description. Au sens chimique, l'expansion du gel est d'abord représentée par l'avancement de la formation d'un gel simple, et puis approfondie par deux sous-processus : la formation de gel et le vieillissement de gel vis à vis de la condition hydrique. Quant à la réponse mécanique du matériau, le béton est premièrement supposé élastique et puis élastoplastique. Ayant traité ainsi ces deux aspects radicaux, on procède d'abord à l'expertise numérique des structures affectées dans un contexte complet du traitement des ouvrages d'art touchés, c'est ainsi que les données disponibles pour l'expertise sont capturées. En analysant ces données au niveau d'une structure ainsi qu'au niveau d'une éprouvette extraite, le calibrage des modèles chimico-mécaniques est formulé sous la forme d'un problème inverse, qui en outre est précisé en deux sous-problèmes vis à vis des données analysées. Le calibrage est achevé par la proposition d'un algorithme ayant un critère de convergence proposé. Une méthode numérique d'expertise est ainsi complétée, représentant une partie essentielle de la méthodologie globale de traitement des structures. Cette méthode est appliquée aux cas réels des ouvrages affectés : un pylone en béton armé d'un pont suspendu en France et une pile en béton armé d'un pont métallique en Afrique équatoriale