Apport de la modélisation mésoscopique dans la prédiction des écoulements dans les ouvrages en béton fissuré en conditions d’accident grave
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Abstract EN:
This thesis aims at characterising and modeling the mechanical behavior of concrete at the mesoscopic scale. This model is to represent the concrete as a heterogeneous medium, taking into account aggregate and cement paste respecting the grading curve. The model parameters describe the mechanical and thermal behavior of cement paste and aggregates. A program of random granular structure valid in 2D and 3D has been developed. This program is interfaced with the Finite Element code CAST3M in order to compute the numerical simulations. A method for numerical representation of the inclusions of concrete was also developed and validated by projection of the geometry on the shape functions, thus eliminating the problems of meshing. Firstly, the model is studied in order to optimize the geometrical model of the inner structure of concrete in terms of the meshing strategy and the smallest size of the aggregate to be taken into account. The results of the 2D and 3D model are analyzed and compared in the case of uniaxial tension and uniaxial compression. The model used is an isotropic unilateral damage model. The model allows to simulate both the macroscopic behavior but also with the local studies of the distribution of crack and crack opening. The model shows interesting results on the transition from diffuse to localized damage and is able to reproduce dilatancy in compression. Finally, the mesoscopic model is applied to three simulations : the calculation of the permeability of cracked concrete ; the simulation of the hydration of concrete at early age and finally the scale effect illustrated by bending computation on notched beams.
Abstract FR:
Cette thèse a pour objectif de caractériser et de modéliser le comportement mécanique du béton à l’échelle mésoscopique. Ce modèle consiste à représenter le béton comme un milieu biphasique pâte / granulats en respectant la courbe granulométrique. Les paramètres du modèle sont ceux qui décrivent les comportements mécanique et thermique de la pâte de ciment et des granulats. Un programme de tirage aléatoire de la structure granulaire valable en 2D et en 3D a été développé. Ce programme est interfacé avec le code de calcul Cast3M qui permet d’effectuer les simulations numériques. Le modèle de comportement utilisé est un modèle d’endommagement isotrope unilatéral. Une méthode de représentation numérique des inclusions du béton a été également développée et validée par projection de la géométrie sur les fonctions de forme, éliminant anisi les problèmes de maillage. Le modèle est d’abord utilisé pour optimiser le modèle géométrique et la plus petite taille des granulats à modéliser. Les résultats du modèle 2D et 3D sont analysés et comparés dans le cas de sollicitations de traction et de compression uniaxiale. Le modèle permet de simuler le comportement macroscopique mais aussi local avec des résultats intéressants sur la transition entre l’endommagement diffus et localisé, sur les ouvertures de fissures et reproduit les effets de dilatance en compression. Enfin, le modèle mésoscopique a été appliqué dans trois cas de simulations : le calcul de la perméabilité de bétons fissurés ; la simulation de l’hydratation du béton au jeune âge et enfin des calculs de structures avec la mise en évidence de l’effet d’échelle sur des poutres entaillées.