Comportement triaxial du béton sous fortes contraintes : Influence du trajet de chargement

1. Comportement triaxial du bétonsous fortes contraintes : Influence du trajet de chargement Thomas GABET Le 30 Novembre 2006 Laboratoire SOLS, SOLIDES, STRUCTURES

2. Structure b é ton i m p a c te u r Cadre de recherche Collaboration L3S-CEG(DGA) : contrat PREVI(Pôle de Recherche et d'Etudes sur la Vulnérabilité des Infrastructures) Maîtrise du comportement du béton sous impact Compaction et cratérisation Compaction et cisaillement Écaillage Réponse dynamique complexedépendant du trajet de chargement triaxial Intro n°2/42

3. Cadre de recherche Caractérisation triaxiale du comportement du bétonsous fortes contraintes Caractérisation statique : Maîtrise du trajet de chargement Effets de la vitesse de chargement sur la réponse du béton - Béton de référence : Influence du trajet de chargementThomas GABET - Béton modifié : Influence de la composition, du taux de saturationX.H. VU Intro n°3/42

4. Plan • Dispositif et Mise au point • Résultats d’essais • États limites • Faciès de rupture • Simulations des essais • Conclusions et perspectives Intro n°4/42

5. I. DISPOSITIF, MISE AU POINT DES ESSAIS

6. 14 cm 7 cm La Presse GIGA (resp. tech. : Roger SABBIA) Vérin multiplicateur pmax : 0,85 GPa Cellule de confinement Échantillons Vérin axial σx max : 2,3 GPa Dispositif n°6/42

7. σx p Chemins de sollicitations q=σx-p proportionnel uniaxial confiné(triaxial) hydrostatique p σx extension εr=0 Œdométrique p : pression de confinementσm : contrainte moyenne dans l’échantillon Dispositif n°7/42

8. σrupt (28 jours) : 30 MPa Affaissement : 7 cm Taille maximale des granulats : 8 mm Porosité accessible à l’eau : 12 % Densité : 2,2 Propriétés du béton étudié : R30A7 • Échantillons considérés comme secs :(séchés à 50°C dans une étuve jusqu’à stabilisation de la masse) Dispositif n°8/42

9. Instrumentation Mesure des déformations Mesure des contraintes 1 capteur de déplacement 1 jauge axiale 1 capteur de force axiale 2 jauges circonférentielles 1 capteur de pression Mise au point n°9/42

10. perforation de la membrane et des jauges Protection des échantillons : difficultés Porosité macroscopique +Pression béton perte des signaux des jauges infiltration de fluide dans l’échantillon Mise au point n°10/42

11. Latex Neoprene Protection des échantillons : solutions Reboucher les porosités de surface Bouclier de protection des jauges béton (X.H. VU) Membrane multi-couche Mise au point n°11/42

12. II. RÉSULTATS D’ESSAIS

13. Cycles d’essais hydrostatiques p=400 MPa, p p p=650 MPa, p=650 MPa • Compaction : - Phénomènes irréversiblesfermeture de porosité dégradation de la structure - Décharge/recharge élastiques • Dépend de σm maximum atteint - Non-linéarité à la déchargeélasticité résiduelle σm Essais n°13/42

14. Essais triaxiaux σx trx650 trx500 p trx200 trx100 trx50 CS trajets de chargement Essais n°14/42

15. Essais triaxiaux comportement axial trx650 εθ εx trx500 trx200 trx100 trx50 - σxmax : 1,6 GPa- Réponse hydrostatique identique à tous les essais Essais n°15/42

16. Essais triaxiaux trx650 trx500 trx200 trx100 trx50 phase déviatoire εθ εx • Confinement plus élevé : • Béton plus raide- Niveaux de contraintes atteints plus élevés Essais n°16/42

17. Essais triaxiaux comportement volumique trx650 trx500 trx200 trx100 trx50 - Comportements hydrostatiques identiques- Compaction accentuée par le déviateur des contraintes Essais n°17/42

18. Essais proportionnels σx p k , q/σm trajets de chargement “p=k*σx” k=0,35 k=0,5 k=0,3 k=0,2 k=1 Essais n°18/42

19. Essais proportionnels comportement axial εθ εx k=0,5 k=1 k=0,35 k=0,3 k=0,2 • k plus élevé, • Béton plus raide- Niveaux de contraintes atteints plus élevés- Évolution de la forme des courbes Essais n°19/42

20. Essais proportionnels comportement volumique k=1 k=0,5 k=0,35 k=0,3 k=0,2 Influence du déviateur sur la réponse volumique :À σmdonné, q plus élevé, compaction plus importante Essais n°20/42

21. Essai Œdométrique σx hydro εr=0 oedo comportement volumique - q accentue la compaction - εv max : 12% Essais n°21/42

22. sx σx θLode p sz sy sy=σz=p Essais d’extension Influence de l’angle de Lode 600 400 (MPa) 200 q=σx-p 0 EXT200 EXT450 -200 -400 0 200 400 600 800 1000 s (MPa) m Essais n°22/42

23. Essais d’extension ext200 εx εθ ext450 εx εθ Essais n°23/42

24. III. ÉTATS LIMITES

25. trx650 trx500 trx650 trx200 trx100 k035 trx50 Essais Proportionnels trx200 Essais Triaxiaux trx100 k03 k02 trx50 k1 CS k05 k035 k02 k03 États limites triaxiaux et proportionnels transitions contraction-dilatation Surface seuil :indépendante du trajet de chargement Seuils de contrainte : Etats limites n°25/42

26. TS EXT200 EXT450 États limites en extension maximum de déviateur Premiers essais d’extension :Pas d’influence de l’angle de Lode(à ces niveaux de contrainte) Etats limites n°26/42

27. Conclusions sur les états limites … et la compaction - Surface seuil indépendante du trajet de chargement - Pas d’influence de l’angle de Lode (à ces niveaux de contrainte) - Essai OEDO : limite de la dilatation => compaction la plus importante Etats limites n°27/42

28. IV. MODES DE RUPTURE OBSERVÉS

29. trx650 trx500 trx200 trx100 trx50 Localisation : essais TRX horizontale CS oblique - horizontale oblique Évolution de l’orientation de la localisation avec le confinement Rupture n°29/42

30. Localisation : essais PRP k035 k05 k03 k02 Pas de localisation k1 horizontale oblique Évolution de la localisation avec k Rupture n°30/42

31. Localisation : Bilan • Localisation si q/σm élevé • Évolution de l’orientation avec σm Rupture n°31/42

32. V. SIMULATIONS DES ESSAIS GIGA - Modèle PRM - Identification des paramètres - Simulations d’essais triaxiaux

33. vide eau Modèle PRM « Fissuration à faibles confinement » Endommagement « Mécanismes irréversibles sous fort confinement » Plasticité Contraintes effectives « Influence de l’eau sur la réponse du matériau » Simulations n°33/42

34. Modèle PRM : Plasticité (Krieg & Swenson) Plasticité volumique Plasticité déviatoire Compaction du matériau,écoulement plastique volumique Seuil de plasticité, comportement déviatoire q σm M3 M2 M1 σm εv Simulations n°34/42

35. q qmax σm eff σm Modèle PRM : Taux de saturation Modèle à contraintes effectives σm • Paramètres : • Porosité • Taux de saturation point de consolidation sec point de consolidation σm effective εv eau vide vide σm effective σd Simulations n°35/42

36. Identification du modèle paramètres élastiques,endommagement comportementvolumique seuil de plasticitédéviatoire E, v, fc, ft, Gf σm=f(εv) Simulations n°36/42

37. Simulations des essais GIGA : Essai Hydrostatique cyclique - Essai bien simulé, - Excepté la non-linéarité en fin de décharge Simulations n°37/42

38. Simulations des essais GIGA : Essais Triaxiaux et proportionnels Courbes de comportement volumique Essais triaxiaux Essais proportionnels Défauts du modèle :- Non prise en compte de l’influence de q sur la compaction- Comportement dilatant non simulé Simulations n°38/42

39. Modélisation des essais GIGA : 1000 800 45% 45% 600 65% 65% 400 80% 80% 100% 200 100% 0 0 200 400 600 800 1000 Influence du taux de saturation sur qmax Simulations numériques Résultats expérimentaux X.H. Vu : le modèle simule bien l’influence de la teneur en eau sur la réponse limite du matériau Simulations n°39/42

40. V. CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES

41. Conclusions Étude expérimentale • Compaction dépendante du trajet de chargement • Surface seuil indépendante du trajet de chargement • Surface seuil indépendante de l’angle de Lode • Évolution de l’orientation de la localisation avec σm • Apparition de la localisation pour q/σm élevé Étude numérique • Déviateur non pris en compte dans la réponse volumique • Sr < 80%, bonne simulation de l’influence de l’eau sur qmax Conclusions n°41/42

42. Perspectives Comportement du béton • Essais d’extension à faible confinement (Influence de l’angle de Lode à basse pression)- Influence de la vitesse de chargement sur le comportement triaxial • Influence de la composition du béton, du taux de saturation • Influences respectives du mortier et des granulats du béton En cours Modes de rupture, localisation • Étude des faciès de rupture à différents niveaux de chargement (trajet donné)- Analyse de la localisation au tomographe à rayons X Modèle PRM • Évaluations du modèle sur des simulations d’impact • Prise en compte du déviateur sur la compaction Conclusions n°42/42

43. Merci de votre attention !

44. σm εv vide eau Teneur en eau 2 Modèles Modèle parallèle Modèle série εveau = εvsec σm =σm sec=σm eau σm eau = f(εveau) σm eau = f(εveau) σm sec = K εvsec σm sec = K εvsec σm =σm sec+ ησm eau εv = εveau + εvsec n°44/42

45. trx650 trx500 trx650 trx200 trx100 k035 trx50 trx200 trx100 k03 k02 trx50 CS k05 k1 k03 k035 k02 États limites triaxiaux et proportionnels transitions contraction-dilatation Surface seuil de déformation:indépendante du trajet de chargement Seuils de contrainte : Etats limites n°45/42

46. Bandes de compaction ? Effondrement local de la porosité - Orientation • Taille max des grains- Porosité- Pas de rupture marquée des grains Apparition possible : - Matériau « homogénéisé » : caractéristiques mécaniques de la matrice et des grains identiques (porosité, densité, module de compressibilité) - Matériau localement homogène : pas de gros granulats empêchant l’effondrement local sur une bande de l’échantillon n°46/42

47. Observations sur R30A7 après PRP035 Cœur de l’éprouvette Observations : Éric BUZAUD (CEG) n°47/42

48. Observations sur MB50 après essai œdo 5 mm Cœur de l’éprouvette Observations : Éric BUZAUD (CEG) n°48/42