Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux

Type de document

THESE

Langue

francais

Auteur

MARTIN

Résumé / Abstract

La Réaction Sulfatique Interne (RSI) est une pathologie endogène du béton pouvant affecter les matériaux soumis à un échauffement au-delà d'une température d'environ 65°C (résultat d'un procédé de préfabrication ou d'un échauffement d'une pièce massive lors de l'hydratation du ciment). Elle consiste en une formation d'ettringite tardive dans le matériau durci à partir des sulfates initialement présents et conduit à un gonflement du béton. Cette expansion induit une fissuration et une dégradation des performances mécaniques du matériau pouvant poser des problèmes d'intégrité structurelle à l'instar des effets de la Réaction Alcali-Granulat (RAG) avec laquelle elle est fréquemment observée couplée in situ. De par leur procédé de fabrication, les ouvrages préfabriqués et les ouvrages massifs (barrages, éléments de ponts) sont particulièrement exposés à ce risque. Lorsqu'un ouvrage est atteint, il convient de savoir diagnostiquer la pathologie, évaluer l'aptitude au service de celui-ci, prédire l'évolution mécanique de la structure et mettre en oeuvre des méthodes de réparation. La réponse à ces objectifs nécessite une compréhension fine des effets de la RSI tant à l'échelle microscopique qu'à l'échelle de l'ouvrage. De nombreuses études expérimentales et théoriques ont été menées afin de déterminer les mécanismes physico-chimiques mis en oeuvre ainsi que les paramètres influençant la RSI à l'échelle microscopique. Néanmoins, la complexité des phénomènes sous-jacents peut rendre délicate la transposition de ces connaissances pour expliquer les effets structurels. Les approches macroscopiques semblent donc pouvoir apporter des éléments complémentaires de réponse à ces questions en se basant sur les connaissances déjà acquises et disponibles dans la littérature. Afin de mettre au point de telles approches, il est nécessaire de développer une compréhension détaillée des effets de la pathologie à l'échelle du matériau. Les travaux présentés illustrent les résultats d'une étude de laboratoire mettant en oeuvre des essais sur éprouvettes pour caractériser, à l'échelle du matériau, les couplages entre les gonflements et l'humidité, la température, et l'état de contraintes. Les expansions ont ainsi été caractérisées en termes d'amplitude et de cinétique pour différents béton et ont été confrontées aux conditions de conservation des corps d'épreuve afin de préciser l'influence de celles-ci. Ces travaux ont également été l'occasion d'étudier plus en détail les couplages chemo-mécaniques existant entre RAG et RSI. En parallèle, des suivis dimensionnels et hydriques de poutres armées ou non et soumises à des conditions d'exposition à l'humidité contrôlées ont permis de constituer une base de données des effets structurels de la RSI (couplée ou non à la RAG). Une analyse détaillée du fonctionnement mécanique des corps d'épreuve a été proposée et une interprétation du comportement structurel a été proposée dans le cadre de la théorie des poutres. La confrontation de ces recherches menées conjointement à l'échelle du matériau et de la structure fournit des données originales permettant d'une part de mettre au point des méthodes de recalcul des ouvrages (en formulant notamment les lois de couplages nécessaires) et d'autre part de les valider en confrontant leurs prédictions aux résultats expérimentaux. Dans ce contexte, un exemple de recalcul est proposé à l'aide du code aux éléments finis CESAR-LCPC.

Editeur

UNIVERSITE PARIS-EST