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This thesis encompasses an investigation of the behaviour of concrete frame structure under localised fire scenarios by implementing a constitutive model using finite-element computer program. The investigation phase included properties of material at elevated temperature, description of computer program, thermal and structural analyses. Transient thermal properties of material have been employed in this study to achieve reasonable results. The finite-element computer package of ANSYS is utilized in the present analyses to examine the effect of fire on the concrete frame under five various fire scenarios. In addition, a report of full-scale BRE Cardington concrete building designed to Eurocode2 and BS8110 subjected to realistic compartment fire is also presented. The transient analyses of present model included additional specific heat to the base value of dry concrete at temperature 100°C and 200°C. The combined convective-radiation heat transfer coefficient and transient thermal expansion have also been considered in the analyses. For the analyses with the transient strains included, the constitutive model based on empirical formula in a full thermal strain-stress model proposed by Li and Purkiss (2005) is employed. Comparisons between the models with and without transient strains included are also discussed. Results of present study indicate that the behaviour of complete structure is significantly different from the behaviour of individual isolated members based on current design methods. Although the current tabulated design procedures are conservative when the entire building performance is considered, it should be noted that the beneficial and detrimental effects of thermal expansion in complete structures should be taken into account. Therefore, developing new fire engineering methods from the study of complete structures rather than from individual isolated member behaviour is essential.

Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η μοντελοποίηση στοιχείων από οπλισμένο σκυρόδεμα και συγκεκριμένα υποστυλώματα μονολιθικά αλλά και ενισχυμένα με την μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων. Τα δοκίμια τα οποία εξετάζονται έχουν υποβληθεί σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση στο Εργαστήριο Κατασκευών του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών και τα αποτελέσματα των πειραματικών δοκιμών χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο της αξιοπιστίας των αναλύσεων. Τα μοντέλα που κατασκευάστηκαν έχουν την δυνατότητα να λαμβάνουν υπόψιν την σχετική ολίσθηση μεταξύ του χάλυβα οπλισμού και του σκυροδέματος και επομένως και την εξόλκευση των ράβδων οπλισμού από το πέδιλο. Ωστόσο στα ενισχυμένα δοκίμια εξετάζονται διαφορετικοί τρόποι μοντελοποίησης της διεπιφάνειας μεταξύ παλαιού και νέου σκυροδέματος. Στο πρώτο κεφάλαιο της εργασίας παρουσιάζονται ορισμένα γενικά θεωρητικά θέματα σχετικά με τις ενισχύσεις και επισκευές στοιχείων από οπλισμένο σκυρόδεμα και κυρίως υποστυλωμάτων. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναφέρονται λίγα πράγματα για την μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων και στην συνέχεια γίνεται μια σύντομη περιγραφή του προγράμματος πεπερασμένων στοιχείων ANSYS και των δυνατοτήτων που έχει. Στο τρίτο κεφάλαιο υπάρχει λεπτομερής περιγραφή των παραδοχών καθώς και των στοιχείων που χρησιμοποιούνται για την μοντελοποίηση στοιχείων από οπλισμένο σκυρόδεμα. Στο τέταρτο κεφάλαιο πραγματοποιείται μία βιβλιογραφική ανασκόπηση με σκοπό την τεκμηρίωση παραδοχών που χρησιμοποιούνται για την καλύτερη πρόβλεψη της συμπεριφοράς στοιχείων από οπλισμένο σκυρόδεμα. Στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζονται δύο αναλυτικές προσεγγίσεις του φαινομένου της εξόλκευσης των ράβδων οπλισμού από το πέδιλο. Η περιγραφή των πειραματικών δοκιμών που πραγματοποιήθηκαν στο Εργαστήριο Κατασκευών του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών, τα αποτελέσματα των οποίων χρησιμοποιούνται, για τον έλεγχο της αξιοπιστίας των αναλύσεων, πραγματοποιείται στο κεφάλαιο έξι. Στο έβδομο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των αναλύσεων που πραγματοποιήθηκαν για τρία μονολιθικά δοκίμια. Επιπλέον εξετάζεται και ένας εναλλακτικός απλοποιητικός τρόπος μοντελοποίησης με τον οποίο θεωρείται πλήρης συνάφεια χάλυβα – σκυροδέματος. Χρησιμοποιώντας την παραδοχή αυτή, αγνοείται το φαινόμενο της εξόλκευσης των ράβδων από το πέδιλο. Για το λόγο αυτό πραγματοποιείται και μια αναλυτική προσέγγιση της πρόσθετης μετατόπισης λόγω της εξόλκευσης και προκύπτουν τα τελικά αποτελέσματα τα οποία είναι αντίστοιχα με αυτά στα οποία γίνεται θεώρηση σχετικής ολίσθησης χάλυβα – σκυροδέματος. Στο όγδοο κεφάλαιο εξετάζονται πέντε ενισχυμένα δοκίμια. Παρουσιάζονται τρεις διαφορετικοί τρόποι μοντελοποίησης της διεπιφάνειας μεταξύ παλαιού – νέου σκυροδέματος γίνονται, ενώ προσομοιώνεται και η δράση βλήτρου κάνοντας χρήση ειδικών πολυγραμμικών ελατηρίων. Στην συνέχεια παρουσιάζονται τέσσερις διαφορετικού τρόποι για την έμμεση προσομοίωση της επίδρασης της ανακύκλισης στην συμπεριφορά της διεπιφάνειας. Επιπλέον εξετάζεται και η επίδραση της ανακυκλιζόμενης φόρτισης στην δράση του βλήτρου. Τα αποτελέσματα συγκρίνονται τόσο με τα αντίστοιχα πειραματικά όσο και με αυτά στα οποία αγνοείται η επίδραση της ανακύκλισης. Τέλος στο ένατο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα τελικά συμπεράσματα που προέκυψαν καθώς και οι προτάσεις για μελλοντική έρευνα. Τα συμπεράσματα που προέκυψαν από την παρούσα εργασία είναι αρχικά, ότι η επιδραση του φαινομένου της εξόλκευσης στην συμπεριφορά των υποστυλωμάτων είναι αρκετά σημαντική. Ωστόσο τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την ανάλυση που συμπεριλάμβανε το φαινόμενο αυτό καθώς και τα αντίστοιχα που προέκυψαν από τον συνδυασμό της απλοποιητικής ανάλυσης (πλήρη συνάφεια χάλυβα – σκυροδέματος) σε συνδυασμό με την αναλυτική μέθοδο είναι αρκετά ικανοποιητικά και προσεγγίζουν σχετικά καλά την περιβάλλουσα που προκύπτει από τα πειραματικά αποτελέσματα. Από τα αποτελέσματα που προέκυψαν για τα ενισχυμένα δοκίμια φαίνεται η επίδραση των χαρακτηριστικών της διεπιφάνειας στην συμπεριφορά των ενισχυμένων στοιχείων καθώς και η συμβολή των βλήτρων τόσο στην γενικότερη συμπεριφορά όσο και στην μείωση της ολίσθησης στην διεπιφάνεια. Ωστόσο σύμφωνα με τα αποτελέσματα η επίδραση της ανακύκλισης της φόρτισης είναι αρκετά σημαντική και επηρεάζει την συμπεριφορά του στοιχείου. / This thesis examines the simulation of reinforced concrete elements. In particular, the finite element method is used to investigate the behaviour of monolithic and strengthened columns that were tested under cyclic loading in the Structural Laboratory of the Department of Civil Engineering at the University of Patras. The reliability of the analytical models is examined by comparing experimental and numerical results. The numerical models created included modelling the sliding between the reinforcing steel and the concrete, the consequence of bar elongation and the total extension of a reinforcing bar at a particular point in relation to the surrounding concrete. Therefore, for strengthened specimens, different ways of modelling the interface between old and new concrete are examined. The first chapter presents some theoretical models for the strengthening and repair of reinforced concrete elements with particular reference to reinforced concrete columns. A brief review of the finite element method and the finite element program ANSYS is presented in the second chapter. The third chapter presents a detailed description of the basic assumptions and the elements that were used to model reinforced concrete members. A literature review is presented in the fourth chapter in order to explain assumptions and to describe the elements that were used for the models. Two analytical approaches for the phenomenon of bar elongation are presented in the fifth chapter. A description of the experimental tests performed in the Structural Laboratory of the Department of Civil Engineering at the University of Patras and the experimental results that were used to examine the reliability of the numerical results is presented in chapter six. In the seventh chapter, the results of the analysis of three monolithic specimens are presented. In this way, a simplified method is examined by considering a perfect bond between the steel and the concrete. By using this assumption, the phenomenon of bar elongation is neglected. In addition, an analytical approach for the supplementary deflection due to bar elongation is presented and the total result, including the supplement deflection, is similar to that using the assumption of relative slip between the steel and the concrete. Five strengthened columns are investigated in the eighth chapter. Three different methods of modelling the interface between the old and the new concrete are proposed and the presence of dowels is simulated by using special multi-linear springs. Therefore, four different processes for the simulation of the effect of cyclic loading on the behaviour at the interface are proposed. Furthermore, the effect of cyclic loading on the behaviour of dowels is examined. The results are compared to the relevant experimental results and to results where the effects of cyclic loading are neglected. Finally, the ninth chapter presents results and recommendations for further research. One conclusion that arises from this thesis is that the effect of bar elongation on the behaviour of reinforced concrete columns is quite significant. It was found that the results from the analysis that took into account bar elongation due to relative slippage and the analysis using the simplified method (perfect bond between steel and concrete) in combination with the supplementary deflection due to the bar elongation calculated using analytical methods are similar to the experimental results. Using the results of the strengthened specimens that have been presented, the effect of the properties at the interface and the contribution of the dowels on the behaviour of the strengthened specimens and in the reduction of sliding on the interface can been noted. However, according to the results, it must be stressed that the effects of cyclic loading are significant and affects the behaviour of the model.

Les ouvrages en béton situés dans un milieu marin ou fluvial peuvent être soumis à plusieurs types de dégradation. Pour réparer ces ouvrages, il existe plusieurs techniques, mais la majorité des interventions doit être réalisée sur un ouvrage préalablement asséché, ce qui n’est pas toujours possible. Il existe d’autres techniques mais celles-ci sont onéreuses.Les matériaux composites sont de plus en plus utilisés pour les travaux de réparation mais très peu de travaux ont été réalisés pour une application en ambiance fortement humide. L’objectif principal de la thèse est de mettre au point une technique de réparation par collage des matériaux composites dans un milieu marin et fluvial. Deux campagnes expérimentales ont été menées, la première consiste à mettre en œuvre des matériaux composites sur deux quais en béton armé situés en milieu marin et fluvial. Les composites (tissus et lamelles) ont été appliqués sur 2 zones différentes : zone non immergée et zone de marnage.Suite à la faisabilité de la mise en œuvre, des essais d’arrachement ont été effectués pour évaluer l’efficacité et la durabilité du collage. L’étude a montré que les matériaux composites peuvent être utilisés dans un environnement agressif malgré la diminution de leurs résistances liée à ces milieux. La deuxième campagne a consisté à étudier la résistance des poutres renforcées face à un environnement agressif. 9 poutres en béton armé renforcées ou pas ont été mises en place le long d’un quai situé en milieu marin dans la zone de marnage pendant 12 mois. Elles sont ensuite testées en flexion 4 points. Les résultats ont été comparés à 9 autres poutres stockées en laboratoire. Ces essais ont montré que le renforcement au moyen de lamelles et de joncs composites augmentaient la charge à la rupture pour les deux séries de poutres. De plus, la charge à la rupture est plus importante pour les poutres renforcées avec les joncs. L‘effet du vieillissement accéléré sur les propriétés physico-chimiques des composites situés en milieu marin a également été étudié. / Concrete structures in a marine or river environment can be subjected to many types of deterioration. Several techniques can be used in order to repair these structures, but the majority of the interventions need to be carried out on structures under dry conditions; which may not always be possible. There are other techniques, but they are expensive. Composite materials have been increasingly used for structural repair, but little work has been done for an application in a highly humid environment. The main objective of this thesis is to develop a FRP (Fibre reinforced polymer) application technique in marine and river environments. Two experimental campaigns were carried out; the first one consisted in applying FRP on two concrete quay walls in the marine and river environments. The FRP sheets and laminates were applied in 2 different zones: atmospheric and tidal zones. Following the feasibility of the application, pull-off tests were conducted in order to assess the effectiveness and durability of the repair. The results showed that the composite materials can be used in an aggressive environment despite the strength reduction when exposed to this environment.The second experimental campaign was to study the strength of reinforced beams in an aggressive environment. 9 reinforced concrete beams strengthened with FRP or not, had been put along a quay wall in a tidal zone within 12 months. They were then tested in a 4-point bending configuration and results were compared with the other 9 beams stocked at the laboratory. An increase in ultimate strength was observed for beams strengthened with FRP laminates and FRP rods for both series. In addition, the ultimate strength is higher for beams reinforced with FRP rods. The effect of accelerated ageing on the physico-chemical properties of composites in the marine environment was also investigated.

L'introduction de granulats de béton recyclé (i.e. granulats produits à partir des gravats issus de la démolition d'ouvrages en béton obsolètes) dans les formulations de béton impacte de manière significative le comportement structurel des éléments en béton armé. Ce travail est consacré à l'étude de l'influence des granulats de béton recyclé sur l'adhérence armature-béton. Dans un premier temps, un modèle analytique de l'adhérence armature-béton est développé. L'originalité du modèle proposé réside dans le nombre limité de paramètres physiques sur lesquels il est fondé. Ces paramètres physiques sont ensuite déterminés expérimentalement via la réalisation d'une campagne d'essais d'arrachement. Trois types de bétons, dont deux bétons de granulats de béton recyclé, sont étudiés. Le suivi de l'arrachement de l'armature est complété par des mesures acoustiques permettant d'obtenir des informations provenant du coeur de l'échantillon, où l'armature se trouve. / The use of recycled concrete aggregate (i.e. aggregate produced from concrete demolition rubble) has a significant impact on the mechanical behavior of reinforced concrete members. This work focuses on the influence of recycled concrete aggregate on rebar-concrete bond. First, an analytical madel of the rebar-concrete bond is developed. The original feature of this modellies in the limited number of non-free physically-based parameters on which it is based. These parameters are then experimentally determined through a pull out test campaign. Three types of concrete, including two recycled aggregate concretes, are studied. Pull-out test monitoring is completed by acoustic measurements in order to obtain data from inside the concrete bulk, where the reinforcing bar is located.

Un des problèmes de mise en œuvre des bétons rencontrés sur des chantiers de pieux forés à la tarière creuse est la difficulté d’introduire la cage d’armatures dans le béton frais dans 15 % des cas. Cette difficulté est liée en partie au comportement rhéologique du béton et au phénomène de ressuage qui sont des problèmes de formulation du béton. En effet, des études sur des fluides à seuil (pâtes de ciment, solutions de Carbopol, émulsions) comme le béton, montrent une corrélation entre le déplacement d’objets dans ces fluides et leurs seuils de cisaillement.L’objectif de cette étude est de développer un outil de caractérisation du béton sur chantier qui permette de tester la capacité des armatures à être introduites dans le béton à partir d’une technique basée sur le principe de la pénétrométrie. Une formulation de base de béton pour pieux a été choisie sur chantier et modifiée en laboratoire de façon à obtenir des bétons aux comportements variés (seuil de cisaillement, perte d’ouvrabilité et thixotropie) représentatifs des conditions sur site. L’influence de ces différents paramètres rhéologiques sur l’enfoncement des armatures a été étudiée. Elle a permis d’identifier des valeurs seuils pour lesquels un refus d’enfoncement de la cage d’armatures (blocage) est observé : slump<18 cm; τs>780 Pa et τ0>340 Pa.Une étude complémentaire menée sur 4 chantiers de pieux forés à la tarière creuse a permis de valider et d’affiner les conclusions précédentes et de prédire les blocages éventuels. / This study is mainly concerned with a concrete placement problem encountered on continuous flight auger (CFA) pile, namely the difficulty of introducing a reinforcement cage into fresh concrete, difficulty that occurs in 15 percent of cases. These difficulties are correlated in part with the rheological behavior of the concrete as well as with the bleeding phenomenon, both of which pertain to concrete mix design problems. Indeed, studies carried out on yield stress fluids, like concrete, reveal a correlation between object displacements in these fluids and their actual yield stresses.The aim of this study is to develop a tool for the in situ characterization of concrete at rest, based on the principles of penetrometry, which can assess the capability of introducing reinforcements into concrete.A widespread pile concrete mix design was chosen on-site and modified in the laboratory to obtain concrete mixtures with various behavior (yield stress, loss of workability and thixotropy) which are representative of on-site conditions. The influence of these rheological properties on the reinforcement embedment capacity has been studied. For low viscosity values (6 to 12 Pa.s), the rejection of reinforcement becomes a real risk for some threshold values : slump<18 cm; τs>780 Pa and τ0>340 Pa. To avoid blocking τ0 should be limited during casting process.An additional study was conducted on CFA piles on-site and helps to validate previous findings. It also describes reinforcement embedment kinetic. A correlation was found between reinforcement depreciation period during its setting and concrete viscosity.

Le climat local, le transport avec l’agitation entre l’endroit de bétonnage et le site de fabrication du béton influencent fortement les propriétés du béton frais et durci. Selon les particularités du béton autoplaçant (BAP), le maintien de l’homogénéité et l’ouvrabilité du BAP avant la mise en place est très important. Les propriétés des BAP sont généralement plus sensibles à la température et au transport par rapport à celles des bétons conventionnels. Une meilleure compréhension de l’effet de la température et de l’agitation sur la performance des BAP est nécessaire pour prévoir les conséquences du changement du climat (température) et de l’effet du transport (temps et vitesse d’agitation), puis pour donner des précautions à suivre afin de répondre à la demande des BAP pour un bon rapport performance-coût.De manière pragmatique, il s’avère nécessaire d’utiliser la méthode du mortier de béton équivalent (MBE) afin d’analyser rapidement les influences de la température et de l’agitation sur les propriétés rhéologiques, calorimétriques et mécaniques des BAP. Cinq températures (8, 15, 22, 29 et 36°C) et deux vitesses d’agitation (6 et 18 tr/min) ont été étudiées sur les MBE. Ensuite, quelques compositions spécifiques (type d’adjuvant et ajout cimentaire) ont choisies afin de vérifier avec des températures compasse entre 8 à 36°C et les agitations différentes (2 et 6 tr/min) sur les BAP destinés aux travaux de bâtiment (BAP-B) sans agent entraîneur d’air et sur des bétons semi-autoplaçant destinés aux travaux d’infrastructures (BSAP-I) avec agent entraîneur d’air. La fluidité initiale des MBE et BAP a été fixée en faisant varier la demande en SP, la température et l’agitation.Les résultats montrent qu’il y a un effet important de la température et de l’agitation sur l’efficacité des adjuvants, la fluidité, la teneur en air, les propriétés rhéologiques, calorimétriques et mécaniques des MBE et des BAP. Pour prévoir la performance de MBE à différentes températures, une équation mathématique est proposée pour déduire la demande en SP, la demande en AEA, le flux maximal et la résistance en compression à 1 jour en fonction des mêmes propriétés sur MBE à 22°C et de la température. Enfin, une corrélation linéaire a été trouvée entre les MBE et les BAP sur ces mêmes propriétés. / The local climate, the transport of agitated concrete after manufacturing but before being cast strongly influence the properties of the fresh and hard concrete. It’s important to keep the stability and workability of the self-consolidating concrete (SCC) because of its special characteristics. Compare to the normal concrete, the properties of SCC are generally more sensitive to the temperature and the transport. Therefore it’s necessary to understand the effects of the temperature and the agitation on the performance of the SCC in order to predict the consequences of climate change (temperature) and transport (time and speed of agitation), and then to give the better precautions with a good performance-cost report. In this study, the concrete mortar equivalent (CEM) method is used to quickly analyze the influences of the temperature and the agitation on the rheological, calorimetric and mechanical properties of the SCCs. Five temperatures (8, 15, 22, 29 and 36 °C) and two agitation speed (6 and 18 tr/min) are varied in CEMs. And then, some compositions (type of adjuvant and supplementary cementing material) are chosen to be valued with the temperature (8-36 °C) and the agitation (2 and 6 tr/min) in SCCs for the building without air-entraining admixture (AEA) and semi-flowable SCC for infrastructure with AEA. The initial slump flow of CEM and SCC is fixed, but the demand superplasticizer, the temperature and the agitation were varied. The results show that there are the effects of temperature and agitation on the effectiveness of admixture, the slump flow, the air content, the rheological, calorimetric and mechanical properties of CEM and SCC. A mathematical equation is proposed to predict the performance of SCC at different temperatures for the SP and AEA requirement, the maximum of heat flow and the compressive strength at one day by these same properties of SCC at 22 °C and by the temperature. Finally, a good linear correlation is found between CEM and SCC for these properties.

En France, le gisement de déchets bois produits au sein des entreprises de première et seconde transformations est estimé à environ douze millions de tonnes par an. Soixante pourcent de ces déchets proviennent essentiellement des scieries sous forme de sciure, de copeaux de bois. Actuellement, il existe différentes filières de valorisation de ces déchets plus ou moins nocives à l'environnement. Un nouvel enjeu est donc de trouver des voies et moyens permettant une valorisation durable et conséquente de ces déchets. Dans ce contexte, la région Nord-Pas-de-Calais a initié un projet visant à la valorisation de ces déchets en élaborant de nouveaux matériaux de construction à base de sous-produits bois. Les objectifs de ce travail de thèse sont de développer des composites à base de pâte cimentaire et de sciure de bois issus de l'essence de Peuplier. Ces composites sont destinés à être utilisés comme éléments de maçonneries porteuses et sont assujettis à des critères de résistances mécaniques fixés par la norme française. La caractérisation de l'influence de la sciure sur les propriétés mécaniques, rhéologiques et physico-chimiques d'un mortier a été effectuée en substituant le sable par de la sciure à des taux variant de 10 à 100\%. Les résultats obtenus ont montré une perte de résistance mécanique avec l'augmentation du volume de bois dans le mélange due à des phénomènes chimiques et physiques. Néanmoins les résistances obtenues pour des taux de substitutions importants (50 à 60\%) restaient conformes à la norme. Ces résultats ont conduit à l'optimisation d'une formulation de mortier de bois extrudable à l'aide d'une extrudeuse à piston. Afin d'appliquer le développement de ces composites à l'échelle industrielle, la sciure de bois a été introduite dans une formulation de micro-béton servant à la production de blocs de béton industriels mis en forme par vibrocompactage. Les résultats obtenus ont montré que jusqu'à 50 \% de substitution du sable par la sciure, les résistances mécaniques étaient conformes. La caractérisation thermique des blocs a montré une capacité isolant intéressante. / In France, the waste wood deposit product in companies of first and second transformation is estimated at about twelve million tons per year. 60\% of this waste comes mainly from mills in the form of sawdust and wood chips. There are many methods of recovery of such waste, which in turn causes environmental problems through the use of products harmful to the environment. A new challenge is to find ways and means to sustainable and consistent recovery of such waste. A new challenge is to find ways and means to sustainable and consistent recovery of such waste. The recovery of such waste in construction materials could be a sustainable solution. In this context, the Nord-Pas-de-Calais Council initiated a project for the recovery of such wastes by developing new building materials from wood byproducts. This thesis has been intended to develop biocomposites based on cement paste and sawdust resulting from Poplar species. These biocomposites are designed for be used as part-bearing masonry and are subject to mechanical strength criteria set by the French standard. The study of the influence of sawdust on the mechanical, rheological and physico-chemical of a mortar was performed by replacing the sand by sawdust at rates ranging from 10 to 100 \%. The results obtained showed a loss of mechanical strength with increasing volume of wood in the mixture generated by chemical phenomena. However the compressive strength obtained for significant substitution rate (50 to 60\%) were in accordance with the French standard. These results led to the optimization of a wood mortar formulation met can be extruded using a ram extruder. In order to apply the development of these biocomposites in an industrial scale, the sawdust was introduced into a formulation of micro-concrete used in the production of industrial concrete blocks manufactured by vibro-compaction. The results showed that up to 50\% of substitution of sand by the sawdust, the mechanical properties were compliant. The thermal characterization of the blocks showed an interesting insulation capacity.

Lors de la mise en oeuvre du béton dans les coffrages ou lors du pompage du béton, une couche, appelée couche limite, constituée d’eau et de fines, se forme près de l’interface. Diverses études ont montré que le frottement à l’interface béton-paroi dépend essentiellement des propriétés rhéologiques de la couche limite, de sa composition et de la rugosité de la paroi. L’objectif principal de cette étude est de comprendre les phénomènes se produisant à l’interface à l’échelle des grains. Toutefois, compte tenu de la complexité de deux corps en contact : couche limite et paroi, le système étudié est simplifié. La complexité du matériau béton a ainsi été simplifiée, en considérant que ce milieu est constitué de grains sphériques monodisperses et sans cohésion. Par ailleurs, la rugosité de la paroi formée en réalité par des aspérités irrégulières, est représentée par des géométries simples. L’étude repose sur l’utilisation de deux modèles, un modèle analogique et un modèle numérique.L’approche analogique est constituée d’un dispositif expérimental monté sur le tribomètre. Le cisaillement s’effectue en déplaçant, une baguette crénelée placée sous un empilement de billes confiné par une masse. Trois baguettes représentant trois rugosités différentes sont utilisées. Les résultats expérimentaux montrent que les conditions à l’interface (vitesse, rugosité, pression) influent sur le frottement et sur les mécanismes à l’interface.L’approche numérique est basée sur la méthode des éléments distincts. La rugosité de la paroi est modélisée par un assemblage de sphères collées sur un plan mobile. Les résultats obtenus montrent une bonne concordance entre les approches numérique et expérimentale. De même, l’étude numérique réalisée en conditions périodiques et pour différentes rugosités montre que les conditions à l’interface influent sur le frottement et sur le comportement du milieu près de l’interface (profils de vitesses, épaisseur de la couche cisaillée, etc.). / When fresh concrete is placed into formworks or during concrete pumping, a layer, called boundary layer, consisting of water and fines, is formed at the interface. Various studies have shown that the friction between the concrete and the wall (form or pipe) is closely linked to the rheological properties of the boundary layer, its composition and the wall roughness. This study aims at understanding the wall-concrete interface phenomena at a grain scale. However, due to the complex nature of the two bodies in contact: boundary layer and wall, a simplified system has been considered. The concrete has been simplified by assuming that it consists of monodispersed spherical grains and without cohesion. Moreover, the irregular asperities of the wall roughness are represented by simple geometries. The study is based on the use of two models, an analog model and a numerical model.The analog approach consists of an experimental device fitted on the tribometer. The test consists in moving rough plates under stacks of confined monodispersed beads. The roughness of the plate is represented by crenels. Three plates representing different roughnesses are used. The experimental results show that the friction and the interface mechanisms are affected by the interface conditions (velocity, roughness, pressure).The numerical approach is based on the Discrete Element Method (DEM). The wall roughness is modeled by an assembly of spheres fixed on a moving plane. The results obtained by numerical simulations compared with those of the analog model show a good confrontation. As well, the numerical study carried out with periodic boundary conditions and for different roughnesses shows that the interface conditions affect the friction and the behavior of the medium near the interface (velocities profiles, thickness of the shear layer, etc.).

La valorisation de déchets de démolition en tant que granulats à béton présente un double objectif de préservation des ressources naturelles et de désengorgement des sites de stockage. Les granulats recyclés de béton présentent la particularité de contenir du mortier résiduel qui influence certaines de leurs propriétés et, par voie de conséquence, celles des bétons dans lesquels ils sont utilisés. Cette thèse a pour but de développer l’utilisation de bétons de granulats recyclés en remplacement total des matériaux naturels. Elle a été réalisée en partenariat industriel avec l’entreprise CHRYSO.Une étude approfondie des propriétés des granulats recyclés de béton sur plusieurs lots (plateforme industrielle et laboratoire) a conduit à l’identification puis à l’analyse des spécificités de ces matériaux comparés aux matériaux naturels. La validité des protocoles expérimentaux a été testée, et de nouveaux protocoles ont été proposés axés sur ces spécificités. Les granulats recyclés présentent une absorption plus élevée, une résistance à l’abrasion plus faible, une distribution granulaire plus étalée et une circularité moindre que les granulats naturels. La granulométrie, la proportion d’éléments fins et l’absorption d’eau des sables recyclés sont des caractéristiques dépendantes d’une part, du prélèvement des granulats recyclés et d’autre part, de la robustesse des protocoles expérimentaux. Une réactivité des éléments fins a été démontrée pour les lots issus de laboratoire, mais son influence sur les propriétés des bétons peut être considérée de second ordre lorsque les éléments fins sont constitutifs du sable. Enfin, l’absorption et la morphologie des granulats recyclés sont dépendantes de la classe granulaire étudiée. Des corrélations entre les propriétés morphologiques/géométriques et l’absorption ont été démontrées. A l’issue de l’analyse de ces propriétés, des corrections ou adaptations aux modèles prévisionnels de performances ont été proposées. La faisabilité de réalisation de bétons de granulats recyclés de béton avec remplacement total des matériaux naturels (BGRB à 100%) a ensuite été démontrée. Pour de tels matériaux, la conservation des éléments fins inférieurs à 63μm est conseillée car nécessaire à l’obtention d’un squelette granulaire correct.Afin de compenser la perte d’ouvrabilité et de résistance mécanique observée avec l’utilisation des granulats recyclés de bétons, une recherche d’adjuvant a été menée et a conduit au choix de superplastifiants de la famille des polycarboxylates. Les interprétations proposées permettent de mieux comprendre la formulation des bétons de granulats recyclés de béton et des mortiers de bétons équivalents (MBE). Ainsi, la complexité des cinétiques d’absorption et de désorption d’eau conduit à une discussion autour de la notion d’eau efficace ; la différence de morphologie des granulats recyclés implique une correction du squelette granulaire ; enfin la fragilité des granulats recyclés à l’abrasion pose la question de sa prise en compte dans la détermination du squelette granulaire optimal.Enfin, une analyse comparative des impacts environnementaux des bétons de granulats recyclés de bétons ouvre des perspectives intéressantes. / Promoting the use of demolition waste as recycled aggregates presents a double objective: first to preserve natural resources and secondly to relieve storage site. In regards to natural aggregates, recycled aggregates contain mortar that influences theirs properties and those of concrete in which they are used. The objective of this thesis is to develop the use of 100 % recycled aggregates in concrete. This study was realised in patnership with the company CHYRSO. Properties of recycled concrete aggregates collected from several sources were studied to identify and analyse their specificities ; results were compared to natural ones. Normalised methods were modified in order to be applied on recycled aggregates and new methods were also proposed. Recycled aggregates present higher water absorption, lower mechanical strength, spreader granular distribution and a less circular shape compared to natural aggregates. The granulometry of recycled sand, fines content and the water absorption are properties that depend on the sampling and the robustness of protocols used. A reactivity of fines obtained from materials made at the laboratory have been established, meanwhile their influence on concrete properties is considered as minor. Finally, the absorption and morphology of recycled aggregate depend on the granular fraction. Correlation between morphological and mechanical properties with water absorption have been demonstrated. After analysing these properties, correction were proposed on mechanical performance forecasting models. It was also shown that the use of fines in recycled aggregate concretes provides better mechanical properties. For such materials, keeping aggregates less than 63μm is advisable because it provides correct granular skeletton. In order to balance the loss of workability and mechanical strength observed with the use of recycled aggregates, studies were carried with several superplasticisers. Polycarboxylates were identified as appropriate superplasticisers. Interpretations facilitate understanding of concrete formulation and concrete equivalent mortar formulation made with recycled aggregates. Thus, the complexity of absorption and desorption kinectics lead to a discusion around effective water definition. The difference between the morphology of recycled aggregates and natural ones involved a correction of the granular skeletton; finally, their weakness during mechanical test modifies the granular skeletton and need to be taken into consideration.Finally, studies on environmental impacts of recycled aggregates concrete were done and compared with those of natural aggregates concrete. This study starts interesting perspectives.