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Etude expérimentale et modélisation micromécanique de la fissuration des matériaux cimentaires – MICROFISS

Résumé de soumission

L'endommagement par microfissuration est un mécanisme essentiel de la déformation anélastique et de la rupture d'un grand nombre de géomatériaux (bétons, roches). L'évolution d'endommagement est liée à la microstructure du matériau et notamment à la présence des agrégats. Dans le processus de microfissuration par dessiccation des matériaux cimentaires, on distingue un effet de champ hydrique et un effet local micro- structural. Parmi les études antérieures, très peu a été consacré à l'étude de l'effet des agrégats. Les lois de comportement proposées, souvent phénoménologiques, isotropes et découplées, sont essentiellement basées sur des observations expérimentales, sans prendre en compte proprement l'effet de la microstructure. L'objectif principal de la présente étude est de développer une approche micromécanique rigoureuse capable de décrire le phénomène de microfissuration des matériaux cimentaires soumis à des sollicitations mécaniques et à la dessiccation. L'accent sera mis sur l'étude des influences des agrégats. Le travail proposé sera composé de 3 volets : l'étude expérimentale, le développement du modèle micromécanique et la modélisation numérique. - - L'étude expérimentale aura pour objectif de mettre en évidence les effets des agrégats sur la microfissuration induite par la dessiccation et des charges mécaniques. Un matériau composite « modèle » à agrégat contrôlé sera fabriqué. Il s'agit d'un béton artificiel avec des agrégats sphériques à rigidités différentes. Pour chaque type d'agrégat, quatre diamètres seront considérés (1, 2, 4 et 6mm). Chaque groupe de matériau (taille et rigidité d'agrégat) sera soumis à la dessiccation sous température pour atteindre un degré de saturation donné. Après la phase de dessiccation, des analyses microscopiques par micro- tomographie au rayon X seront effectuées pour déterminer la distribution spatiale et en orientation des microfissures induites. On tentera, par l'analyse des images, de quantifier la densité et l'orientation des microfissures. On étudiera alors l'influence de la présence des agrégats sur la microfissuration. Des échantillons à différents degrés de saturation seront ensuite soumis aux tests de compression hydrostatique et triaxiale. Différentes propriétés physiques et mécaniques seront analysées. Ces essais serviront de données expérimentales pour l'identification et la validation du modèle de comportement. - - Un modèle micromécanique sera formulé dans le cadre des méthodes d'homogénéisation des matériaux hétérogènes à microstructure aléatoire. D'abord, on proposera une extension d'un modèle micromécanique d'endommagement anisotrope (développé au LML) pour prendre en compte la présence des agrégats. Le matériau sera un triphasé : matrice élastique, microfissures induites et agrégats. Une attention particulière sera accordée aux interactions entre fissures et agrégats. Les effets unilatéraux, les interactions entre fissures et les influences de la distribution spatiale des phases seront pris en compte. Puis dans une seconde étape, on propose de modéliser les interactions entre la plasticité de la matrice et les microfissures en présence des agrégats. Deux approches seront envisagées. Une première approche sera basée sur l'analyse limite d'une matrice plastique contenant une distribution de microfissures et d'agrégats. Dans la seconde approche, nous proposons de développer une méthode d'homogénéisation non linéaire pour un composite contenant une matrice plastique endommageable et des agrégats, en se basant sur la méthode incrémentale de Hill. Enfin, l'effet de la taille des agrégats sera étudié. L'idée de base consiste à considérer une phase d'agrégat équivalente incluant la zone de transition dont les caractéristiques dépendent de la taille des agrégats. - - Le modèle micromécanique, sera implémenté dans un code de calcul par les éléments finis, consacré à la résolution numérique du couplage hydromécanique des milieux poreux partiellement saturés. Afin de

Coordination du projet

Jianfu SHAO (Organisme de recherche)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

CHAMBRE DE COMMERCE ET D'INDUSTRIE DE PARIS - Ecole Supérieure d'Ingénieurs en Électronique et Électrotechnique - ESIEE

Aide de l'ANR 300 000 euros
Début et durée du projet scientifique : - 48 Mois

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