Loi constitutive chimioplastique pour le beton expose aux hautes temperatures

Mes premiers remerciements vont à l'endroit de MM.Rachid Boukhili et Ammar Yahia qui ont encadré mes travaux de thèse.Je leur suis reconnaisant de m'avoir accordé leur confiance et d'avoir profiter de leur dynamisme faisant de nos recontres des événements stimulants tout en préservant mon autonomie.J'adresse aussi mes remerciements aux membres du jury pour leurs précieux commentaires ainsi que pour l'intérêt qu'ils ont manifesté à évaluer cette thèse.Je voudrais aussi remercier les membres du Civil and Environmental Engineering (CEE) department de l'UC Berkeley pour leurs chaleureux acceuil et la fructeuse collaboration que j'ai pu tissé durant presqu'une année que j'ai passé au sein de groupe de recherche Structural Engineering Mechanics and Materials (SEMM-UC Berkeley).Il est important de noter que ce travail a aussi été rendu possible grâce au soutien financier (en partie) du Fonds Québecois de la Recherche sur la Nature et les Technologies (FQRNT).Qu'ils trouvent ici toute ma considération.J'exprime ma profonde gratitude aux personnels du département de génie mécanique de l'école Polytechnique de Montréal et du département de génie civil de l'Université de Sherbrooke, particulièrement Omar Toukal (PolyMTL), Tanya Alleyne (PolyMTL), Georges Lalonde (UdeS) et Sylvain Roy (UdeS), qui n'ont pas hésité à me prodiguer des conseils pour la réussite de mon programme expérimentale ainsi de leur soutien indéfectible.Finalement, rien de tout ceci n'aurait vu le jour sans la présence, même lointaine, de ma mère, mes frères et ma soeur.Aucun vocabulaire ne permettra d'exprimer ma gratitude envers eux.v RÉSUMÉ Le béton est le matériau le plus répandu dans le monde de la construction et ceci depuis des siècles.Néanmoins, il reste encore énigmatique pour les ingénieurs qui essayent de comprendre et de simuler son comportement mécanique sous différents environnements.À la lumière des récents évènements, incluant les incidents industrielles et pyromanes, une attention spéciale a été focalisée sur la performance du béton soumis à des hautes températures.Succinctement, l'exposition du béton à des hautes températures réduit considérablement ses propriétés mécaniques, ce qui endommage significativement l'intégrité structurelle ainsi que la capacité portante d'une structure.L'écaillage du béton reste l'un des principaux problèmes à résoudre dans le cas des incendies dans les bâtiments et les tunnels.Une modélisation réussie de ce phénomène dépend non seulement de la précision du profile de la température à travers la structure en béton, mais également de sa réponse mécanique vis-à-vis d'un chauffage rapide, des conditions aux limites et de la migration de l'humidité associée aux gradients de pressions interstitielles.Par conséquent, il est nécessaire de mettre au point des formulations mathématiques fiables pour simuler le comportement du béton pendant et après son exposition à des températures élevées.Il est également nécessaire de bien évaluer les effets de la dégradation thermique afin de développer des outils de prévision et de valider les codes de calcul.De nombreux problèmes structurels peuvent être formulés de façon adéquate par un modèle élasto-plastique.Le but ultime de cette étude est le développement d'un nouveau modèle constitutif dans un cadre chimio-plastique.Pour se faire, un programme expérimental a été lancé.Le but de ce programme est double.D'abord, il est primordial pour la calibration de la loi de comportement proposée dans le cadre de cette thèse et, secundo, pour la définition d'un problème inverse.Des essais usuels et des essais triaxiaux entre 1, 3 et 24 MPa de confinement à des températures allant jusqu'à 700 • C permettent d'identifier les paramètres d'un modèle de comportement de type élasto-plastique.Celui-ci reproduit la diminution du domaine de résistance suite à une dégradation d'origine exothermique.Ce programme expérimental a aussi mis en évidence le caractère fragile du béton subissant un traitement thermique et la non-applicabilité de deux critères de ruptures souvent utilisés dans le calcul d'ingénieur.Une alternative est proposée et testée.En effet, exposer le béton aux hautes températures résulte une perte irréversible de la raideur ainsi qu'à une perte de la résistance due à la décohésion.Ces pertes s'expriment, généralement, via des relations semi-empiriques des propriétés mécaniques fonction de la température.Or, ces relations vi sont inadéquates puisque l'impact direct de cette dégradation, à l'échelle macroscopique, peut se traduire par une relation de dépendance entre les propriétés élastiques et la masse des hydrates.Dans cet état de fait, contrairement aux méthodes traditionnelles qui utilisent les modèles conventionnels de l'élasto-plasticité et en faisant varier certains paramètres en fonction de la température locale, la loi constitutive proposée incorpore une fonction de déshydratation comme index de l'adoucissement chimio-plastique.Un critère proche à celui d'Etse et Willam a été utilisé et modifié pour la circonstance.Les mécanismes d'écrouissage et d'adoucissement sont alors nécessaires pour faire dilater et contracter la surface de charge afin de définir la résistance du béton tout au long du processus de déshydratation.La direction et l'ampleur d'une déformation permanente, coeur du domaine inélastique, sont définies par le développement conjoint d'un potentiel chimio-plastique non-associé et par une nouvelle ductilité.L'influence de la pression hydrostatique (dilatance) ainsi que la déshydratation sont prises en compte dans le modèle.Le nouveau modèle a été implémenté dans Matlab c .Les contraintes et déformations générées dans le béton sont prédites avec précision.Pour illustrer les capacités du modèle développé afin de prédire le comportement complexe du béton exposé à des températures élevées, des simulations sont effectuées par le biais de différents scénarios de chargement numérique et corroborées, par la suite, avec des données expérimentales obtenues lors de cette thèse.Le modèle est capable de reproduire l'ensemble des résultats expérimentaux avec une bonne précision.vii

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