Modeling of the mechanical behavior of concretes taking into account the interfacial properties : influence of hardening
Modélisation du comportement mécanique des bétons avec prise en compte des propriétés interfaciales : influence du durcissement
Résumé
The aim of this thesis is to understand and characterize the local mechanisms of deformation involved in the failure of a concrete sample in compression test. Thus, it is a question of establishing a correlation between these local mechanisms and the macroscopic response of the material. Concrete is considered as a multiphase material associating cement paste, aggregates and interfacial transition zones (ITZ). Because of its multiphase character, the stress is locally multiaxial. Understanding local mechanisms of generated deformation is based on a numerical modeling. The construction of a representative elementary volume (REV) as close as possible to the experimentally tested material was a part of this thesis subject. Cohesive zone models are adopted to describe the mechanical behavior of the cement paste/aggregate interface and to simulate cracking in the paste. The identification of the parameters of these models is based on experimental tests carried out at the local scale (characterization of the cement paste/aggregate interface) and at the mesoscopic scale (characterization of the cement paste).This numerical modeling was then used to determine the parameters governing the initiation of damage and the strength. This sensitivity analysis was performed by a screening method. This work shows that the damage is strongly affected by the quality of the cement paste/aggregate interface. Depending to the interfacial stiffness, it is initiated at the interface or in the cement paste. The strength is related to the mode II cohesive stress of the cement paste.This model was then used to study the damage and failure mechanisms involved during the hardening of concrete. Finally, the influence of the aggregate fraction on the pre-peak and post-peak behavior of concrete is discussed.
L'objectif de ce travail de thèse est de comprendre et caractériser les mécanismes locaux de déformations mis en jeu lors de la sollicitation jusqu'à rupture d'un échantillon de béton en compression. Ainsi, il s'agit d’établir une corrélation entre ces mécanismes locaux et la réponse macroscopique du matériau. Le béton est considéré comme un matériau multiphasique associant pâte, granulats et zones de transition interfaciale (ITZ). Compte tenu de ce caractère multiphasique, la sollicitation est localement multiaxiale. La compréhension des mécanismes locaux de déformation engendrés repose sur une modélisation numérique de l'essai réalisé. La construction d'un volume élémentaire représentatif (VER) au plus proche du matériau testé expérimentalement a fait l'objet d'une partie de cette thèse. Les modèles de zone cohésive sont adoptés pour décrire le comportement mécanique de l'interface pâte/granulat et de simuler la fissuration dans la pâte. L'identification des paramètres de ces modèles s'appuie sur des essais expérimentaux réalisés à l'échelle locale (caractérisation de l'interface pâte/granulat) et à l'échelle mésoscopique (caractérisation de la pâte).Cette modélisation numérique a ensuite été utilisée afin de déterminer les paramètres gouvernant l'initiation de l'endommagement ainsi que la résistance maximale. Une analyse de sensibilité a été réalisée par une méthode de criblage. Ce travail montre que l'endommagement est fortement affecté par la qualité d'interface pâte/granulat. Suivant la rigidité interfaciale, il s'initie au niveau de cette interface ou dans la pâte. La résistance maximale est quant à elle reliée à la contrainte cohésive en mode II dans la pâte de ciment.Ce modèle a été ensuite utilisé pour étudier les mécanismes d'endommagement et de rupture mis en jeu lors du durcissement du béton. Enfin, l'influence de la fraction de granulats sur le comportement pré-pic et post pic du béton est discutée.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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