alain sellier laurie buffo-lacarriere

Laboratoire Matériaux et Durabilité des

Constructions

Alain SELLIERAlain SELLIERLaurie BUFFO-LACARRIERELaurie BUFFO-LACARRIERE

Benchmark CEOS.FR

Comportement sous chargement monotone et thermo-hydrique

2

Mardi 17 Mars 2009 – Restitution Benchmark CEOS.FR - LMDC

2/23

I – Présentation générale du modèle THCMI – Présentation générale du modèle THCM

II – Etude du modèle simplifié sur COMSOLII – Etude du modèle simplifié sur COMSOL

III – Application complète sur les voiles CIVAUXIII – Application complète sur les voiles CIVAUX

IV – ConclusionsIV – Conclusions

3/23


Présentation générale du modèle

Cas

Endommagement anisotrope en traction

Endommagement isotrope en traction

Lois de comportement LMDC : 2 versions utiliséesLois de comportement LMDC : 2 versions utilisées

Loi “stabilisée” dans CASTEM et ASTER

Loi en cours de “développement” dans COMSOL Multiphysic

IIII eeD ~1 klt

ijkljlikij D ~

kliii

tkl ee

.~~ Caractère unilatéral traité / direction principale :

Méthode de Hillerborgh (anisotrope) en traction comme en compression

Méthode non locale différentielleEn traction comme en compression

Couplage avec le fluage et le retrait (poromécanique non saturée)

Endommagement de compression isotrope (Drucker Pragger)

Cas test : THM jeune âge CIVAUXCas test : monotone poutre et voile,

THM LCPC

4/23



cf

s

d

d

s

s

exp00

0

10

20

30

40

50

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

Temps (h)

(m

m/m

/MP

a)

Essais Granger

Modèle

www

w

BK

w

BIw

II

1'

0

500

1000

1500

2000

2500

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Temps (j)

(mm/m)

Essais Granger

Modèle

Modèle unique intégrant :- Fluage propre traction / compression- Retrait de dessiccation- Fluage en dessiccation = conséquence

Modèle de déformations différées

()()

Module visqueux consolidant

Non linéaire : viscosité fonction de

l’état de déformation

Fluage totalFluage propre

5/23


-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

-6.E-03 -5.E-03 -3.E-03 -2.E-03 0.E+00

(m/m)

(MPa)

(1) (2)

(3)

départ

)(~)(2

)(~)(2

)(

)(

)(0

2

2

ncompressioNLl

tractionNLl

etempératurSdivt

CT

eauSdivt

W

Equilibregdiv

DPlDPic

DPl

RlRlit

Rl

TT

www

2

~)1(411~~

2

RRRl

Rt

it

ct

l

l

IIII eeD ~1

m

u

DPC

mD

max1

exp1

Endo comp : Drucker Pragger en cont eff

Traitement du caractère unilatéral

2 longueurs / endo :- lct : caractéristique- lit : intégration (loc ou non loc)

2max

1

RtD

Rlt

Endo tract : Rankine en cont effective


Modèle d’endommagement

6


6/23





7/23


Blocage des nœuds inférieurs

Déplacement horizontal de corps rigide

Simulation 2D, CL simplifiées

Objectif : Tester un modèle mécanique dans COMSOL pour les couplages multiphysiques

0

100

200

300

400

500

600

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45

Deplacement imposé (mm)

For

ce (

KN

)

B

A

Application COMSOL : Mur en cisaillement

Mur en cisaillement

8/23


Force (N)

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05

Flèche mi portée (m)

Fo

rce (

N)

A B

160mm

150mm

130mm

125mm

60mm

60mm

60mm

40mm

Abscisse

Déplacement horizontale (mm)

Estimation des ouvertures de fissures par la discontinuité du champ de déplacement

Application COMSOL : Poutre fléchie

Poutre sollicitée en flexion

9/23


A B

160mm

150mm

130mm

125mm

60mm

60mm

60mm

40mm

Abscisse

Déplacement horizontale (mm)

0.4mm – 13.5 KN 0.8mm – 27 KN 1.2mm – 39 KN

1.6mm – 42.8 KN

2 mm – 46.7 KN

2.4 mm – 50.9 KN

2.8 mm – 52.9 KN

3.2 mm – 57.4 KN

3.6 mm – 61.6 KN

4 mm – 66.2 KN

4.4 – 72.7 KN

4.8mm – 77.5 KN

Centre de la poutre

Dép

lace

men

t /

cent

re d

e la

pou

tre

(mic

rom

ètre

s)

Fissure1

Fissure2

Fissure3

Fissure4

Fissure5

Fissure6

1

10

100

1000

10000

0 50000 100000 150000 200000 250000 300000

Force (N)

Ouv

ertu

re (

mic

rom

ètre

s)

F1

F2

F3

F4

F5

F6

F7

F8

F9

F10

Application COMSOL : Poutre fléchie

Ouvertures comprises entre 50 μm et 1 mm

10/23


-4000

-2000

0

2000

4000

6000

8000

0 200 400 600 800

Temps (j)

m (g)

LMDC

Non reactive beam

Application COMSOL : Poutre LCPC

Poutre sollicitée sous chargement hydrique

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0 200 400 600 800temps (j)

f (mm)

P3 experienceNAR LMDCP6 expArmLMDC

Ø = 0.139

Ø = 0.164

Porosité variable

Flèches à mi-portée

Variation de masse

Pas d’endommagement en surface

Relaxation par fluage

11


11/23





12/23


Géométrie

- Calcul thermique : Voile + Radier + Sol => 14000 éléments

Surfaces bleues en convection (voile et radier)

- Calcul mécanique : Voile + Ferraillage => 8000 éléments

Surface inférieure du voile bloquée (effet du radier)

x

y

z

10 m

Etude des voiles Civaux

13/23


Champ de température

Champ de teneur en eau

Champs de degrés

d’hydratation Production de chaleur

Consommation d’eau

Activation thermique

"Activation" hydrique

Clinker

Cendres volantes

...

Hydratation

EnsoleillementVent Coffrages

T extérieure

CureVent

HR

ENV I RONNEMENT

MATERIAU

Tth

WthW

QfTgraddivTc

QfWgradDdivW

CHTWF

.

.

,,,



14/23





Activation hydrique


Température extérieure

CureVent

HR

ENV I RONNEMENT

MATERIAU

Champs de degrés

d’hydratation

Ciment

Cendres volantes

Tth

WthW

QTgraddivTc

QWgradDdivW

TWF ,,

- Prise en compte de liants composés :

Loi cinétique propre à chaque composé (C, CV, FS, ..)

Interaction clinker / additions minérales


Champs de degrés

d’hydratation


Ciment

Cendres volantes



ENV I RONNEMENT

MATERIAU


Activation hydrique

CureVent

HR

- Prise en compte explicite de l’effet de l’eau :

Effet du E/C initial

Effet de transferts d’eau avec l’environnement

Tth

WthW

QTgraddivTc

QWgradDdivW

TWF ,,

Originalités du modèle





Activation hydrique



CureVent

HR

ENV I RONNEMENT

MATERIAU

Champs de degrés

d’hydratation

Ciment

Cendres volantes

Tth

WthW

QTgraddivTc

QWgradDdivW

TWF ,,

- Calage simplifié :

Seulement 3 paramètres de calage par composé

Calage sur un essai Langavant (simple et normalisé)

15/23


Application aux voiles Civaux

0

10

20

30

40

50

60

0 20 40 60 80 100 120

Temps (h)

T (°C)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 20 40 60 80 100 120 140

Temps [Heures]

Tem

pera

ture

[°C]

sonde 1 Série2sonde 2 Série4sonde 3 Série6sonde 4 Série8sonde 5 Série10sonde 6 Série12sonde exterieure

B11

0

10

20

30

40

50

60

0 20 40 60 80 100 120

Temps (h)

T (°C)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 20 40 60 80 100 120 140

Temps [Heures]

Tem

pera

ture

[°C]

sonde 1 Série2sonde 2 Série4sonde 3 Série6sonde 4 Série8sonde 5 Série10sonde 6 Série12sonde exterieure

BHP


16/23


Fissuration précoce des structures ?

Modèle d’endommagement

anisotrope

Modèle de fluage

Ecriture incrémentale (caractéristiques évolutives)

T

T

Modèle d’hydratation multiphasique

E()

Modèle de comportement thermomécanique jeune âge

)()()()(0

)(

)(0)()(0)()(

)()()()()()(

)(00

)(

)()(~

~

~

sth

sM

sKV

ss

sM

sM

sM

sM

s

sKV

sKV

sKV

sKV

sKVKV

s

ss

CcCc

k

k


17/23


Application : Voile Civaux BHP

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

0 20 40 60 80 100 120

Temps (h)

T (°C)

-2,5 MPa

4 MPa

x

y

z

xx (96 h)xx (36 h)

x

y

z -3,3 MPa

1,1 MPa

Effet du gradient de température

Effet des conditions aux limites


18/23


Application : Voile Civaux BHP

0

1

x

y

z

dxx (96 h)

-1,9 kN

4,8 kN

x

y

z

xx (96 h)

Fissuration obtenue par le modèle à 96h

Fissuration observée sur le voile expérimental


Ouvertures calculées à partir de la discontinuité du champ de déplacement

19/23


0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

0 20 40 60 80 100 120

Temps (h)

T (°C)

Application : Voile Civaux B11

-2 MPa

3 MPa

x

y

z

xx (52 h)

0

1

x

y

z

dxx (52 h)

Amorce de fissuration horizontale en pied de voile

Stoppée aux armatures


20/23


0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

0 20 40 60 80 100 120

Temps (h)

T (°C)


0

1

Fissure 2

Fissure 1

x

y

z

dxx (78 h)

0

1

x

y

z

dxx (68 h)

Effet des conditions aux limites


21/23



-1,9 kN

23 kN

x

y

z

xx (78 h)

0

1

Fissure 2

Fissure 1

x

y

z

dxx (78 h)

Fissuration obtenue par le modèle à 96h

Fissuration observée sur le voile expérimental


Ouvertures calculées à partir de la discontinuité du champ de déplacement

22


22/23


II – Etude sous chargement monotoneII – Etude sous chargement monotone

III – Etude sous chargement thermo-hydriqueIII – Etude sous chargement thermo-hydrique


23/23


Conclusions

BILAN PERSPECTIVES

Endommagement- Modèle simplifié testé avec succès sur chargement monotone

- Amélioration de la résistance en cisaillement

- Non local différentiel dans Castem ?

Chargement hydrique

- Couplages hydro-mécanique avec fluage et endommagement

- Prise en compte des phénomènes d’hystérésis

- Vérification des hypothèses sur le fluage en traction

- Vérification du couplage retrait/fluage/endo

Chargement thermique

jeune âge

- Prévision de la fissuration des voiles de Civaux

- Couplage hydratation multiphasique/fluage/endo

- Meilleure connaissance du retrait endogène

- Comportement au très jeune âge

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Comportement sous chargement monotone et thermo-hydrique

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