Modélisation des effets structuraux des réactions sulfatiques internes : application aux barrages en béton
Institution:
Toulouse 3Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Some massive structures develop internal sulphatic reactions (ISR), under thermic, hydric and chemical specific conditions. ISR corresponds to delayed ettringite formation (DEF) in hardened concrete. The understanding of DEF process constitutes a socio-economical issue for project owners in order to qualify and quantify the presence of DEF on existing structures and to avoid it formation on furthers constructions. The knowledge of DEF chemistry must be improved and requires to rigorously taking into account thermodynamic equilibria inherent to cement hydration and involved ionic transfers. The simultaneous consideration of thermodynamics and transfers allows us to characterize and to understand particular conditions leading to DEF into concrete. Thus, the purpose of that work is to present a chemical model developed in LMDC of Toulouse in association with EDF-CIH Chambéry to predict DEF potential of a concrete according to it thermic history and the external conditions it has undergone (humidity, ionic transfers). Then, the model is coupled to a poro-mechanical model to evaluate the stresses due to DEF in structures taking into account the shrinkage and creep effects as well as the concrete damaging. The impact of environmental conditions (hydric, thermic, alkalis leaching) on the created amount of ettringite is simulated and the effect of mechanical stresses on swellings is modeled on samples. Numerical simulations on damaged structures (laboratory beams) because of DEF are realized in order to validate model robustness in controlled conditions. Finally, two sections of a hydroelectric dam are analyzed with the model to try to explain disorders and to predict displacement kinetic following the casting history of each concrete section.
Abstract FR:
Certains ouvrages massifs en béton, sous des conditions thermiques, hydriques et chimiques particulières, sont sujets à des réactions sulfatiques internes (RSI). La RSI correspond à la formation tardive d'ettringite dans le béton durci. La connaissance du processus constitue un enjeu socio-économique pour les maîtres d'ouvrage qui doivent quantifier les conséquences de la RSI sur les structures existantes ou encore éviter sa formation sur les ouvrages à venir. Dans cette thèse, la connaissance de la chimie liée à la RSI est analysée dans le cadre de la thermodynamique des équilibres impliqués dans l'hydratation du ciment et des transferts ioniques. La considération simultanée de la thermodynamique et des transferts permet de caractériser et de comprendre les conditions conduisant à la formation de RSI dans une structure. L'objectif est de présenter un modèle chimique développé au LMDC de Toulouse en collaboration avec EDF-CIH Chambéry pour prédire le potentiel de RSI d'un béton connaissant son histoire en termes de thermique et de conditions extérieures auxquelles il a été soumis (humidité et transferts ioniques). Le couplage du modèle chimique à un modèle poro-mécanique permet d'évaluer les contraintes induites par la RSI dans les structures avec prise en compte des effets du retrait, du fluage et de l'endommagement du béton. Les effets des conditions environnementales (hydriques, température, lixiviation d'alcalins) sur la quantité d'ettringite créée sont simulés, et l'effet des contraintes sur les gonflements est modélisé. Des simulations numériques sur structures atteintes par la RSI (poutres de laboratoire) sont ensuite réalisées afin de tester le modèle dans des conditions contrôlées. Enfin, deux plots d'un barrage réel sont analysés par ce modèle pour tenter d'expliquer les désordres et de prédire la cinétique des déplacements en fonction de l'historique du coulage de chaque plot.