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La connaissance du comportement différé du béton soumis aux charges élevées est nécessaire pour prévoir la durée de vie des structures à long terme. En particulier dans le cas des ouvrages d’art, cette connaissance est primordiale pour prédire les flèches, l’ouverture de fissure, la redistribution des contraintes dans les structures hyperstatiques et les pertes de précontrainte dans des structures en béton précontraint. Par ailleurs, la prédiction de l’évolution de la fissuration dans le temps, dans le but d’estimer la durée de vie des structures, est une perspective avantageuse et prometteuse que seuls les modèles numériques pertinents au regard des mécanismes de fissuration du béton peuvent offrir. L'objectif de ce travail, pour premier temps, s’intéresse aux mécanismes de fluage non linéaire dans le béton, puis développer un modèle numérique permettant de simuler le fluage tertiaire qui est supposé être à l’origine de l’interaction entre humidité relative et la microfissuration afin de prédire la flèche et l’ouverture de fissure et, a fortiori, la durée de vie. Ce modèle a été développé dans le code aux éléments finis OOFEM, se basant sur le modèle de réseau (lattice model). Pour ce faire, trois programmes ont été mis en route. Le premier consiste à valider le problème de couplage hydro-mécanique en étudiant l’évolution de la perméabilité du béton lors de la traction d’une barre d’armature. La deuxième vise à développer et implémenter les équations non linéaires de transfert de l’humidité relative couplées avec l’endommagement pour prévoir l’ouverture de fissure des poutres préfissurées en flexion quatre points soumis à une charge maintenue élevée. Finalement, le programme expérimental a été réalisé sur des poutres entaillées en flexion quatre points pour valider le modèle proposé, en utilisant la technique de corrélation d’images. Les effets de l’hétérogénéité et le rapport Eau / Ciment (E/C) ont été considérés lors de l’évolution de l’ouverture de fissure. Les résultats montrent que le modèle proposé est capable de simuler l’ouverture de fissure dans le temps des bétons renforcés de fibres (BRF) sous des charges maintenues élevées. / Knowledge of the delayed behaviour of concrete subjected to a high load is necessary for predicting the serviceability of concrete structures. In particular, in the case of civil engineering structures, this knowledge is an influential aspect for predicting deflection, development of microcracking in concrete structures, stress redistribution in hyperstatic structures and prestressing losses in pre-stressed concrete structures. Moreover, the prediction of the evolution of cracking with time in order to estimate the lifetime of structures is an advantageous and promising prospect that only numerical models relevant to the mechanisms of cracking of concretes can offer. The objective of this work is first to investigate the mechanisms of tertiary creep in concrete and then to develop a numerical model to simulate the nonlinear creep behaviour which is supposed to cause the interaction between relative humidity and microcracking in order to predict the deflection and the crack opening as well as the lifetime. This model was developed in the OOFEM finite element code, based on the lattice method. To perform this, three programs were launched. The first one was to validate the hydromechanical coupling problem by examining the evolution of the permeability of reinforced concrete under tensile loading. The second program aimed at developing and implementing the non-linear equations of the relative humidity transfer coupled with damage mechanics to predict the crack opening of the four points bending test on pre-cracked beam subjected to a high sustained load. Lastly, the experimental program was carried out on beams notched to validate the proposed model, using the digital image correlation technique. The effects of heterogeneity and the water-to-cement ratios (E/C) were considered to estimate the effect of those parameters during the evolution of the crack opening. The results show that the proposed numerical model is capable of simulating the deflection and crack opening with time of fiber reinforced concrete (FRC) under high sustained loads.

La fissuration du béton à jeune âge est encore aujourd'hui un problème répandu dans les différents ouvrages et les moyens de s'en affranchir sont parfois difficiles à identifier. Un béton à faible E/C par exemple, aura une grande résistance mécanique, mais présentera cependant un retrait plus rapide. En condition de mouvement restreint, ce qui est le plus fréquent, les contraintes induites par ce retrait peuvent rapidement atteindre un niveau critique et conséquemment, générer de la fissuration. Le béton projeté n'échappe pas à cette réalité; son contenu généralement riche en ciment combiné à une mise en place unique peuvent le rendre encore plus vulnérable à la fissuration. Ce mémoire se consacre donc à l'étude du comportement déformationnel du béton projeté et à l'amélioration de sa résistance vis-à-vis de la fissuration causée par le retrait restreint. Afin de bien cerner l'impact des différentes composantes et caractéristiques du béton, l'étude expérimentale a été divisée en trois parties. La première repose sur l'étude du béton à son état le plus simple, soit des mélanges ne comportant que des granulats, du ciment et de l'eau. La seconde partie traite des bétons avec ajouts cimentaires (fumée de silice et cendre volante) tandis que la dernière phase porte sur l'effet des adjuvants réducteurs de retrait et des polymères. Les résultats obtenus permettent de bien illustrer l'effet des différents paramètres sur la sensibilité à la fissuration. / Early age concrete cracking is still today a widespread problem in various structures and the means to overcome it completely are sometimes difficult to identify. A low W/C concrete, for example, will have high mechanical strength, but will nevertheless undergo faster shrinkage. In restricted conditions, which is mostly the case on site, the stresses induced by this shrinkage can quickly reach a critical level and consequently generate cracking. Shotcrete is no exception to this reality; its generally high cement content combined with a unique placement method can make it even more vulnerable to cracking. This thesis is therefore devoted to the study of the deformational behavior of shotcrete and to the improvement of its resistance to cracking caused by restricted shrinkage. To clearly identify the impact of the different components and characteristics of the concrete, the experimental study was divided into three parts. The first is based on the study of concrete in its simplest state, i.e., mixtures comprising only aggregates, cement and water. The second part deals with concretes with cementitious additions (silica fume and fly ash) while the last phase deals with the effect of shrinkage-reducing admixtures and polymers. The results obtained make it possible to clearly illustrate the effect of the various parameters on the sensitivity to cracking.

Le but principal du projet était de relier le cambrement et l'ouverture des joints avec les résultats de l’essai de retrait de séchage normalisé ASTM C157. Afin d'atteindre cet objectif, 12 dalles ont été construites à l'aide de 8 différents mélanges de béton. Les variables principales de l'étude étaient le type et la quantité d'armature de même que l'utilisation d'un agent réducteur de retrait (ARR). Différents phénomènes ont fait l’objet d’un suivi élaboré, dont le cambrement, l'ouverture des joints, le fluage et le retrait. Les résultats obtenus ont clairement démontré les avantages reliés à l'utilisation d'un agent réducteur de retrait. L'étude a également prouvé l'efficacité de certaines fibres dans l'atténuation des effets reliés au retrait de séchage. La vaste base de données sur le cambrement et l'ouverture des joints produite au cours de cette recherche sera employée pour valider et calibrer des modèles prédictifs et aidera l'industrie du béton à raffiner les règles de conception pour l'espacement des joints. / The primary goal of this project was to relate curling and joint opening with ASTM C157 drying shrinkage measurements. In order to achieve this objective, 12 slabs were built with 8 different concrete mixtures. The main variables of the study were the type and amount of reinforcement and the use of a shrinkage-reducing admixture (SRA). Different phenomena were monitored, in particular curling, joint movements, creep and shrinkage. The advantages of using a shrinkage-reducing admixture (SRA) in ordinary concrete slabs are clearly demonstrated through the results obtained in this investigation. The study also shows the effectiveness of some fiber reinforcement systems in counteracting the detrimental effects of drying shrinkage. The large database on curling and joint opening produced in this investigation will be used to validate and calibrate predictive models in development, and will help the concrete industry to refine design rules for joint spacing.

Ce projet était composé d’une campagne expérimentale en deux phases. Dans la première phase, des simulations à l’aide de la méthode des éléments finis ont été réalisées afin d'identifier les paramètres les plus sensibles. Dans la seconde phase, une série de 12 poutres en béton armé de 3,4 m de long ont été confectionnées. Ces poutres ont par la suite subi une cure thermique et un séchage à l’air. Ensuite, 10 des 12 poutres confectionnées ont été réparées dans leurs zones centrales en compression à l’aide de deux types de matériaux de réparation. Le premier matériau possédait une plus faible rigidité que le substrat, et le second, une rigidité supérieure. Les conclusions principales de l’étude montrent que le fait d’utiliser un matériau de réparation avec une rigidité supérieure à celle du substrat permet d’obtenir un comportement semblable à celui d’une poutre monolithique. En revanche, l’utilisation d’un matériau à plus faible rigidité tend à affecter négativement le comportement de la poutre réparée. Cette tendance est davantage marquée lorsque l’on considère une charge soutenue, car les matériaux à plus faible rigidité tendent à se déformer davantage que les matériaux plus rigides. Mots clés : Béton, capacité structurale, fluage, compression, MEF, poutre, propriétés mécaniques, réparation / A two-phase research program has been undertaken. In the first phase, computer simulations using a finite-element analysis (FEM) software have been performed to highlight the most sensitive. In the second phase, a series of 12 real-size reinforced concrete beams (3,4 m long) has been cast, air-conditioned and repaired at midspan to different extents, using two formulations of repair self-compacting concrete (high-stiffness and low-stiffness SCC’s), 10 of the 12 beams are repaired beam. The last 2 beams are monolithic beams and used as references. After the installation of the instrumentation, the beams are tested on a 4-point bending setup using two servo-hydraulic actuators, for the measurement of the instantaneous and long-term load deformation. The analysis that follows illustrates the correlation between laboratory results and numerical simulations. The main findings of the study show that using a repair material with a higher stiffness than that of the substrate results in a behavior similar to the monolithic beam. However the use of a material with a lower stiffness tends to negatively affect the behavior of the repaired beam. This trend is more pronounced when considering a sustained load, because the materials with lower stiffness tend to deform more than the rigid materials, it follows that the creep at the young age of the material also affects the behavior of the repaired beams, and that the use of a more rigid material allows the repaired beam to behave like a monolithic beam. Keywords: Beam, concrete, compression, creep, FEM, mechanical repair, structural capacity