Caractérisation des gradients de propriétés d'une couche de mortier et influence sur la fissuration : expérimentation et modélisation
Institution:
Toulouse 3Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
This work describes the phenomena that govern the behaviour of cement-based materials used as a thin bonded overlay. The work is mainly focused on cement-based industrial mortars, and on the property gradients linked to drying phenomenon (hydric, hydration, porosity and strain gradients). This work presents some experimental techniques developed to assess the sensitivity of cracking induced by these property gradients. In this context, several tests are used for the purpose of predicting the differential behaviour of material subjected to drying. For all the properties, the behaviour of the material differs significantly according to depth, particularly close to the drying face for both laboratory samples and large plates of mortar. The study shows the influence of parameters such as the mortar composition, the mortar thickness and the environmental factors on the cracking sensitivity of the material. In the numerical investigation, a finite element method is used to simulate the overlay behavior in drying conditions. This simulation allows taking into account the coupling between thermal, hydrous and mechanical effects in a context of non linear mechanics. By this model, a parametric study allows analysing the effect of both environmental conditions and thickness of the mortar layer upon the cracking time. Finally, an experimental device is proposed to assess the sensitivity of cracking of mortars layer applied on a substrate. This device was developed for industrial applications.
Abstract FR:
Ce travail décrit l'ensemble des phénomènes qui gouvernent le comportement sur site des couches d'enduit au regard de la fissuration. On s'intéresse plus particulièrement aux mortiers industriels formulés à base de liants hydrauliques et aux gradients de propriétés qui sont induits par le séchage (gradients hydriques, gradients d'hydratation, gradients de porosité, gradients de déformations). On se focalise notamment sur l'analyse de l'impact de ces gradients de propriétés sur la susceptibilité à la fissuration de la couche de mortier. Dans ce contexte, les différents tests expérimentaux développés pour la caractérisation des gradients de propriétés sont décrits et présentés. Les résultats obtenus montrent globalement que les gradients de propriétés sont très significatifs au voisinage de la surface de séchage. Pour l'évaluation de la susceptibilité à la fissuration, des tests sont développés puis validés par une étude sur maquettes et sur plaques avec notamment le suivi des déformations dans la couche de mortier en présence d'un support adhérent. L'étude permet de mettre en évidence l'influence de facteurs tels que la formulation du mortier, l'épaisseur d'application de la couche de mortier ainsi que les conditions de conservation sur la susceptibilité à la fissuration du matériau. Une approche numérique pour l'évaluation du comportement des couches de mortiers sur site au regard de la fissuration est aussi présentée. Une modélisation numérique par éléments finis est abordée par le biais d'un modèle multi-physique permettant de traiter les couplages Thermo Hydro Mécanique dans un contexte de mécanique non linéaire (théorie de l'endommagement). A partir de ce modèle une étude paramétrique est réalisée pour analyser l'effet des conditions de conservation ou de l'épaisseur de la couche de mortier sur l'échéance de fissuration. Enfin, un outil d'aide pour l'évaluation du risque de fissuration des matériaux formulés est proposé en vue d'une exploitation industrielle.