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Theses Year : 2005

Coupling between chemical degradation and mechanical behaviour of leached concrete

Couplage dégradation chimique - comportement en compression du béton

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Abstract

This work is in the context of the long term behavior of concrete employed in radioactive waste disposal. The objective is to study the coupled chemo-mechanical modelling of concrete. In the first part of this contribution, experimental investigations are described
where the effects of the calcium leaching process of concrete on its mechanical properties are highlighted. An accelerated method has been chosen to perform this leaching process by using an ammonium nitrate solution. In the second part, we present a coupled phenomenological chemo-mechanical model that represents the degradation of concrete materials. On one hand, the chemical behavior is described by the simplified calcium leaching approach of cement paste and mortar. Then a homogenization approach using
the asymptotic development is presented to take into account the influence of the presence of aggregates in concrete. And on the other hand, the mechanical part of the modelling is given. Here continuum damage mechanics is used to describe the mechanical
degradation of concrete. The growth of inelastic strains observed during the mechanical tests is describes by means of a plastic-like model. The model is established on the basis of the thermodynamics of irreversible processes framework. The coupled nonlinear problem at hand is addressed within the context of the finite element method. Finally, numerical simulations are compared with the experimental results for validation.
Ce travail de thèse se situe dans le contexte du comportement à long terme des bétons dans les stockages de déchets nucléaires. L'objectif est de modéliser le comportement couplé en compression
avec la dégradation chimique. Dans la première partie, une campagne d'essai est effectuée où la cinétique de lixiviation chimique et les propriétés mécaniques ainsi que le comportement couplé du béton sont mis en vidence. Une méthode de lixiviation accélérée est choisie qui permet de dégrader rapidement les
éprouvettes. Dans la deuxime partie, le couplage chimie - mécanique est décrit. D'une part une approche simplifiée de la lixiviation du calcium est utilisée. En tenant compte de la présence des granulats, une approche par homogénéisation utilisant
un développement asymptotique est présentée. Elle permet de décrire la tortuosité due à la morphologie, la fraction volumique des granulats ainsi qu'à la disposition des granulats.
D'autre part, plusieurs modélisations mécaniques peuvent rendre compte du comportement mécanique du béton après lixiviation. Le modèle élastoplastique endommageable permet notamment de retrouver
les déformations permanentes observées dans les essais. La résolution du problème non linéaire est réalisée dans le contexte de la méthode des éléments finis. Les simulations numériques sont comparées avec les résultats expérimentaux et montrent un bon
accord. Enfin un exemple d'application au cas d'un tunnel de stockage est présenté.
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Dates and versions

tel-00011140 , version 1 (02-12-2005)

Identifiers

  • HAL Id : tel-00011140 , version 1

Cite

Viet-Hung Nguyen. Couplage dégradation chimique - comportement en compression du béton. Matériaux. Ecole des Ponts ParisTech, 2005. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00011140⟩
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