Caractérisation expérimentale du béton sous fort confinement : influences du degré de saturation et du rapport eau/ciment - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2007

Experimental characterization of the concrete behaviour under high confinement : influence of the saturation ratio and of the water/cement ratio

Caractérisation expérimentale du béton sous fort confinement : influences du degré de saturation et du rapport eau/ciment

Résumé

The objective of this thesis is to experimentally characterize the influence of the saturation ratio and of the water/cement ratio of concrete on its behaviour under high confinement. This thesis lies within a more general scope of the understanding of concrete behaviour under severe loading situations (near field detonation or ballistic impacts). A near field detonation or an impact on a concrete structure generate very high levels of stress associated with complex loading paths in the concrete material. To validate concrete behaviour models, experimental results are required. The work presented in this thesis concerns tests conducted using a static triaxial press that allows to obtain stress levels of the order of the giga Pascal. The porous character of concrete and the high confinement required on the one hand, a development of a specimen protection device, and on the other hand, a development of an instrumentation with strain gauges, which is unprecedented for such high confinements. Hydrostatic and triaxial tests, conducted on the one hand on model materials and on the other hand on concrete, allowed to validate the developed experimental procedures as well as the technique of strain and stress measurements. The studies concerning the influence of the saturation ratio and of the water/cement ratio of concrete on its behaviour required the formulation of a plain baseline concrete and of two modified concretes with different water/cement ratios.
The analysis of triaxial tests performed on the baseline concrete shows that the saturation ratio of concrete has a major influence on its static behaviour under high confinement. This influence is particularly marked for the concrete loading capacity and for the shape of limit state curves for saturation ratios greater than 50%. The concrete loading capacity increases with the confinement pressure for tests on dry concrete wheareas beyond a given confinement pressure, it remains limited for wet or saturated concrete. Concrete failure modes have the form of localization bands. The inclination of these bands evolves with the achieved level of stress in the material, and is oriented perpendicular to the axial direction when this level becomes important.
The analysis of triaxial tests carried out on concretes possessing different water/cement ratios highlights that under low confinement, the concrete behaviour is governed by the cementitious matrix strength. Under high confinement, the concrete behaves like a granular stacking without any influence of the cementitious matrix strength. Thus the limit state curves and the failure modes of concrete are sensitive to its water/cement ratio for low levels of confinement but insensitive to this parameter beyond a critical mean stress.
L'objectif de cette thèse est de caractériser expérimentalement l'influence du degré de saturation et du rapport eau/ciment du béton sur son comportement sous fort confinement. Cette thèse s'inscrit dans le cadre plus général de la maîtrise du comportement du béton sous sollicitations sévères (explosions en champ proche ou impacts balistiques). Une explosion en champ proche ou un impact sur une structure en béton génère des niveaux de contrainte très élevés associés à des chemins de sollicitation complexes dans le matériau béton. Pour valider les modèles de comportement, des résultats expérimentaux sont nécessaires. Le travail présenté dans ce mémoire concerne des essais réalisés grâce à une presse triaxiale statique permettant d'atteindre des niveaux de contrainte de l'ordre du giga Pascal. Le caractère poreux du béton et le fort confinement ont nécessité d'une part, la mise au point d'un dispositif de protection du matériau, et d'autre part, la mise au point d'une instrumentation par jauges de déformation, ce qui est inédit pour de tels confinements. Des essais hydrostatiques et triaxiaux, réalisés d'une part sur des matériaux modèles et d'autre part sur du béton, ont permis de valider les procédures expérimentales développées ainsi que les techniques de mesures des déformations et des contraintes. Les études concernant l'influence du degré de saturation et du rapport eau/ciment du béton sur son comportement ont nécessité la formulation d'un béton ordinaire de référence et de deux bétons modifiés possédant des rapports eau/ciment différents.
L'analyse des essais triaxiaux effectués sur le béton de référence montre que le degré de saturation du béton a une influence majeure sur son comportement statique sous fort confinement. Cette influence se remarque particulièrement sur la capacité de chargement du béton et sur la forme de la courbe des états limites pour des degrés de saturation supérieurs à 50%. La capacité de chargement du béton augmente avec la pression de confinement pour des essais sur du béton sec tandis qu'au-delà d'une pression de confinement donnée, elle reste limitée pour du béton humide ou saturé. Les modes de rupture du béton se présentent sous forme de bandes de localisation. L'inclinaison de ces bandes évolue avec le niveau de contrainte atteint dans le matériau et s'oriente perpendiculaire à la direction axiale lorsque ce niveau devient important.
L'analyse des essais triaxiaux réalisés sur les bétons possédant des rapports eau/ciment différents met en évidence que sous faible confinement, le comportement du béton est gouverné par la résistance de la matrice cimentaire. Sous fort confinement, le béton se comporte comme un empilement granulaire sans aucune influence de la résistance de la matrice cimentaire. Ainsi la courbe d'états limites et les modes de rupture du béton sont sensibles à son rapport eau/ciment pour de faibles niveaux de confinement mais insensibles à ce paramètre au-delà une contrainte moyenne critique.
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Dates et versions

tel-00304343 , version 1 (22-07-2008)
tel-00304343 , version 2 (07-04-2010)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00304343 , version 2

Citer

Xuan Hong Vu. Caractérisation expérimentale du béton sous fort confinement : influences du degré de saturation et du rapport eau/ciment. Mécanique [physics.med-ph]. Université Joseph-Fourier - Grenoble I, 2007. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00304343v2⟩

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