Études numériques de l'influence des effets thermiques à jeune âge sur l'énergie de fissuration du béton de masse

«RÉSUMÉ:L’énergie de fissuration est un paramètre capital pour étudier le comportement post-fissuration en traction du béton de masse et un des intrants matériaux les plus importants pour la modélisation non-linéaire des ouvrages massifs en béton tel que les barrages et les aménagements hydrauliques. Tout comme la résistance à la compression ou à la traction du béton, ce paramètre est affecté par les conditions thermiques à jeune âge. Des travaux récents (thèse de doctorat de Bakour 2021), impliquant des essais expérimentaux de fendage sur des gros spécimens de béton de masse représentatif des ouvrages hydrauliques ont montré l’influence importante des phénomènes thermiques sur l’énergie de fissuration : pour une même taille de spécimen, les effets thermiques à jeune-âge peuvent induire des réductions de l’énergie de fissuration variant d’environ 16% pour les spécimens de taille moyenne jusqu’à 29% pour les spécimens de grande taille. Ainsi, l’élévation de la température à jeune âge induit une réduction de l’énergie de fissuration caractérisée par essai mécanique de fendage. Ce projet aura donc pour objectifs la compréhension de l’influence des effets thermiques jeune âge sur l’énergie de fissuration, la reproduction numérique des essais expérimentaux réalisés par Bakour 2021 et la quantification de l’impact des effets thermiques sur l’énergie de fissuration. présentent des résultats complets associant le comportement d’un béton de masse à jeune âge avec un suivi des relevés thermiques et des mesures de l’énergie de fissuration après murissement. Néanmoins, il est établi que les propriétés mécaniques du béton de masse, en particulier sa résistance à la compression, sont affectées par la température de cure à jeune âge : la résistance à la compression augmente avec l’augmentation de la température durant les premiers jours de durcissement mais cette tendance peut s’inverser à long terme.»

Abstract

«ABSTRACT:The fracture energy of mass concrete is a crucial parameter for studying the post cracking behaviour of concrete in tension and serves as a fundamental material input for advanced nonlinear finite element analysis of mass concrete structures such as hydraulic structures. Similar to the compressive or tensile strength of concrete, this parameter is affected by the thermal effects at early age. Recent research (Bakour’s 2021 PhD thesis) involved experimental wedge splitting tests on large mass concrete specimens, representative of hydraulic structures. The findings revealed a significant impact of thermal effects on the fracture energy: for specimens of the same size, thermal effects during the early age can result in a reduction of the fracture energy ranging from 16% for moderate-size specimens to 29% for large specimens. Consequently, the temperature rise during the early age reduces the fracture energy as assessed by wedge splitting tests. The main objectives of this project are, therefore, to comprehend the influence of thermal effects at early age on the fracture energy, to numerically replicate the experimental tests conducted by Bakour in 2021, and to quantify the impact of thermal effects on the fracture energy. Unlike conventional structural elements, the temperature of mass concrete at early age significantly rises due to the heat released during the hydration of cement and the thermal conditions at the surrounding boundaries within an adiabatic environment. These thermal effects induce deformations that, in the presence of internal (e.g. temperature gradient) or external (e.g. rigid foundation) restraint, generate thermal stresses. When these stresses surpass the tensile strength, cracks appear on a structural scale. Although thermal effects are inherent in mass concrete behaviour, few experimental studies provided complete information that combines mass concrete behaviour at early age with adequate thermal monitoring and experimental assessment of fracture energy. Nevertheless, it has been established that the mechanical properties of mass concrete, particularly its compressive strength, are influenced by the curing temperature at an early age. The compressive strength increases with the temperature during the initial days of curing, but this trend tends to reverse in the longer term. This reduction was attributed to variations in the density of hydrates produced during curing or to the expansion of water vapor trapped in the pores of the cementitious matrix.»