ceos fr – fissuration sous chargement thm

28
COYNE et BELLIER CEOS fr – 17 mars 2009 1 Plan de l ’exposé 1 Les formules règlementaires de fissuration 2 Les voiles de Civaux – fissuration au bétonnage 3 Les poutres du LCPC – gradient hydrique 4 La maquette MAQBETH – fissuration sous gradient thermique 5 Conclusions - Les principaux paramètres CEOS fr – Fissuration sous chargement THM

Upload: baina

Post on 20-Jan-2016

28 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

CEOS fr – Fissuration sous chargement THM. Plan de l ’exposé 1Les formules règlementaires de fissuration 2Les voiles de Civaux – fissuration au bétonnage 3Les poutres du LCPC – gradient hydrique 4La maquette MAQBETH – fissuration sous gradient thermique - PowerPoint PPT Presentation

TRANSCRIPT

Page 1: CEOS fr – Fissuration sous chargement THM

COYNE et BELLIERCEOS fr – 17 mars 2009 1

Plan de l ’exposé

1 Les formules règlementaires de fissuration 2 Les voiles de Civaux – fissuration au

bétonnage 3 Les poutres du LCPC – gradient hydrique 4 La maquette MAQBETH – fissuration sous

gradient thermique 5 Conclusions - Les principaux paramètres

CEOS fr – Fissuration sous chargement THM

Page 2: CEOS fr – Fissuration sous chargement THM

COYNE et BELLIERCEOS fr – 17 mars 2009 2

1. Les formules règlementaires de fissuration

Code-modèle FIP-CEB 1978 Code modèle FIP-CEB 1990 EN1992-1-1 version européenne et ANF + EN1992-3 SIA 262 ACI 318 (jusqu’à 1999 et version 2005) CCBA68

Les formules sont décomposées en:» Un calcul de la section de béton d’enrobage des aciers

» Un calcul de la distance entre fissures

» Un calcul de l’allongement de l’acier

» Un calcul de l’ouverture de fissures

Page 3: CEOS fr – Fissuration sous chargement THM

COYNE et BELLIERCEOS fr – 17 mars 2009 3

1. Les formules règlementaires de fissuration

La démarche d’estimation des déformations et des contraintes en THM

Calcul des déformations imposées:» Calcul de températures au bétonnage et de retrait endogène = » Calcul de teneur en eau ou d’humidité relative dans la paroi = K Rh» Calcul de propagation de température =

Calcul des bridages» EN1992-3 ou ACI 207» Calcul élastique (Eléments finis ou Rdm) plus coefficient de réduction pour

tenir compte de fissuration

» Difficultés: » évolution du module Eceff (avec ou avec le temps au jeune âge ou avec le

temps en fluage» Estimation des réductions de section ou d’inertie

Calcul de béton armé: contrainte dans les aciers puis de wk

Page 4: CEOS fr – Fissuration sous chargement THM

COYNE et BELLIERCEOS fr – 17 mars 2009 4

2 Les voiles de Civaux – fissuration au bétonnage

Voile de 1,20 m x 20 m de long. Ferraillage horizontal 20 @ 180 mm enrobage de 70 mm Tube verticaux @ 785 mm. L’un en béton BO (36 MPa) l’autre en béton BHP (60 MPa avec

fumée de silice)

Page 5: CEOS fr – Fissuration sous chargement THM

COYNE et BELLIERCEOS fr – 17 mars 2009 5

2 Les voiles de Civaux – fissuration au bétonnage

État des lieux après bétonnage (A quelle date ?)» BO 8 fissures, (1 x 40 μm) + (4 x 100 μm) + (2 x 200 μm) + (1 x 500 μm)

» Espacements: 1,60 m, 2,35 m et 3,20 m = 2, 3 ou 4 x pas des tubes verticaux

Page 6: CEOS fr – Fissuration sous chargement THM

COYNE et BELLIERCEOS fr – 17 mars 2009 6

2 Les voiles de Civaux – fissuration au bétonnage

État des lieux après bétonnage (A quelle date ?)» BHP 1 fissure, (1 x 100 μm)

Page 7: CEOS fr – Fissuration sous chargement THM

COYNE et BELLIERCEOS fr – 17 mars 2009 7

2 Les voiles de Civaux – fissuration au bétonnage

Calcul de température:

» BO Q = 376 kJ/kg (au lieu de 336 kJ/kg) avec un dosage à 350 kg/m3 de CPA55. évolution de la température

0

10

20

30

40

50

60

700/ 00:00:00 1/ 00:00:00 2/ 00:00:00 3/ 00:00:00 4/ 00:00:00 5/ 00:00:00

temps (jours/heures)

tem

pér

ature

(°C

)

0,1

0,6

V1 GT 002 CPA55 sonde3

V1 GT 002 CPA55 sonde4

V1 GT 002 CPA55 sonde5

Page 8: CEOS fr – Fissuration sous chargement THM

COYNE et BELLIERCEOS fr – 17 mars 2009 8

2 Les voiles de Civaux – fissuration au bétonnage

Calcul de température:» BHP Q = 336 kJ/kg avec un dosage à 266 (ciment CPJ55PM) +40,3 kg/m3 de

fumée de silice. évolution de la température

0

10

20

30

40

50

600/ 00:00:00 1/ 00:00:00 2/ 00:00:00 3/ 00:00:00 4/ 00:00:00 5/ 00:00:00

temps (jours/heures)

tem

pér

ature

(°C

)

0,1

0,6

V1 GT 001 CPJ 55 +fumée de silice sonde3

V1 GT 001 CPJ 55 +fumée de silice sonde4

V1 GT 001 CPJ 55 +fumée de silice sonde5

Page 9: CEOS fr – Fissuration sous chargement THM

COYNE et BELLIERCEOS fr – 17 mars 2009 9

2 Les voiles de Civaux – fissuration au bétonnage

Calcul de température:» BO temp maximale: 60 °C (pour temp initiale de 19 °C) - T = 41°C » BHP temp maximale: 48 °C (pour temp initiale de 17 °C) - T = 31°C

Coefficient de dilatation:» BO: = 5 10 -6 » BHP: = 7 10 -6

Mêmes déformations imposées 205 µm/m ou 217 µm/m Module et résistance en traction

» BO: Ec = 0,80 Ecm = 27,4 GPa - fctm = 3,27 MPa» BHP Ec = 0,87 Ecm = 34 GPa - fctm = 4,35 MPa» Lois d’évolution selon EN1992-1-1 avec ciment à prise normal» Module Ecm et fctm ont la même évolution donc mêmes phénomènes

La fissuration devrait être la même sur les deux voiles. Contraire à l’observation

Page 10: CEOS fr – Fissuration sous chargement THM

COYNE et BELLIERCEOS fr – 17 mars 2009 10

2 Les voiles de Civaux – fissuration au bétonnage

Calcul de contrainte » avec un coefficient de bridage R = 1 et avec un contrainte maximale = 2 x

contrainte moyenne (concentration de contraintes autour des tubes). Evolution des contraintes au bétonnage

Galerie en béton BO

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00

nombre de jours

con

trai

nte

s (M

Pa)

(>

0 co

mp

ress

ion

)

contrainte moyenne contrainte de parement

contrainte au milieu fctm(t) sur parement interne

fctm(t) sur parement externe fctm(t) au milieu

2sig moy

coefficient de bridage R = 1

Page 11: CEOS fr – Fissuration sous chargement THM

COYNE et BELLIERCEOS fr – 17 mars 2009 11

2 Les voiles de Civaux – fissuration au bétonnage

Coefficient de bridage - ACI-207-2 - L/H = 10 d’où K = 1 à 0,75

» Effet du sol ou du radier» Af = 2,5 Ac

FF

cc

R

EAEA

KK

1

Page 12: CEOS fr – Fissuration sous chargement THM

COYNE et BELLIERCEOS fr – 17 mars 2009 12

2 Les voiles de Civaux – fissuration au bétonnage

Coefficient de bridage - EN1992-3 L/H = 10 d’où K = 0,5

Page 13: CEOS fr – Fissuration sous chargement THM

COYNE et BELLIERCEOS fr – 17 mars 2009 13

2 Les voiles de Civaux – fissuration au bétonnage

FIP-CEB 78 FIP-CEB 90 EN1992-1-1 SIA 262 ACI 318 sr,max (mm) 912 (traction)

570 (flexion) 639 901 (traction)

510 (flexion) 287 528 (avant 99)

241 (après 99) sr,moy (mm) 702 (traction)

439 (flexion) - - - -

s,m (µm/m) 1075 (BO) 1430 (BHP)

784 (BO) 1042 (BHP)

1176 (BO) 1563 (BHP)

1172 (BO) 1563 (BHP)

1500 (BO) 1995 (BHP)

wk (mm) 0,98 (BO) 1,30 (BHP)

0,50 (BO) 0,66 (BHP)

1,19 (BO) 1,59 (BHP)

0,34 (BO) 0,45 (BHP)

avant 99) 0,57 (BO)

0,76 (BHP) Après 99

0,38 (BO) 0,51 (BHP)

wk (mm) ANF

1,06 (BO) 1,41 (BHP)

wk (mm) EN1992-3

0,10 (BO) 0,11 (BHP)

Page 14: CEOS fr – Fissuration sous chargement THM

COYNE et BELLIERCEOS fr – 17 mars 2009 14

2 Les voiles de Civaux – fissuration au bétonnage

Conclusions:» Très grande dispersion (distance entre fissures ou ouverture de fissures)

» Distance entre fissures indépendantes de la classe du béton

» Ouverture plus grande si résistance du béton plus élevée

» Ouvertures de fissures aberrantes, mais si ouverture voisines des mesures distances entre fissures sous-estimées

Seul EN1992-3 donne des résultats satisfaisants (calcul sans passer par les contraintes) wk = R 0 srmax

Ferraillage installé < ferraillage mini en traction et wk mesuré faible

Pas de distinction entre les 2 bétons ?

Page 15: CEOS fr – Fissuration sous chargement THM

COYNE et BELLIERCEOS fr – 17 mars 2009 15

3 Les poutres du LCPC – gradient hydrique

Les poutres du LCPC sous gradient hydrique» Poutre 250 mm large 500 mm de hauteur et 3 m de long

» HR = 30 % sur une face et 100 % sur l’autre

Page 16: CEOS fr – Fissuration sous chargement THM

COYNE et BELLIERCEOS fr – 17 mars 2009 16

3 Les poutres du LCPC – gradient hydrique

Pas de bridage:

Flèche cohérente avec gradient hydrique mesuré:» À 14 mois sup = -350 µm/m (HR = 30 %) et inf = +100 µm/m (HR =

100%)

Flèche = 0,851 mm pour 0,9 mm mesurée Pas de fissuration Corrélation entre teneur en eau ou humidité relative et

déformations

8

12sp

courbure

lf

Page 17: CEOS fr – Fissuration sous chargement THM

COYNE et BELLIERCEOS fr – 17 mars 2009 17

4 La maquette MAQBETH – fissuration sous gradient thermique

La maquette MAQBETH du CEA» Cylindre de 0,50 m de rayon interne et 0,60 m d’épaisseur» Fissuration sous gradient thermique jusqu’à 200 °C = 140 °C» Ferraillage fort ( 25 @ 133 mm) et enrobage faible 30 mm

Page 18: CEOS fr – Fissuration sous chargement THM

COYNE et BELLIERCEOS fr – 17 mars 2009 18

4 La maquette MAQBETH – fissuration sous gradient thermique

Calcul thermique évolution de la température

0

50

100

150

200

250

0/ 00:00 0/ 06:00 0/ 12:00 0/ 18:00 1/ 00:00 1/ 06:00 1/ 12:00 1/ 18:00 2/ 00:00 2/ 06:00 2/ 12:00 2/ 18:00 3/ 00:00 3/ 06:00 3/ 12:00 3/ 18:00 4/ 00:00 4/ 06:00 4/ 12:00 4/ 18:00

temps (jours/heures:min)

tem

pér

ature

(°C

)

moyenne

gradient lin

temp intérieure

temp extérieure

temp surf int

temp surf ext

Page 19: CEOS fr – Fissuration sous chargement THM

COYNE et BELLIERCEOS fr – 17 mars 2009 19

4 La maquette MAQBETH – fissuration sous gradient thermique

Calcul thermique température dans le béton - MAQBETH

0

50

100

150

200

250

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1

rayon (m)

tem

pér

ature

(°C

)

0/ 00:00

0/ 14:00

0/ 17:02

0/ 20:00

1/ 04:00

2/ 08:00

4/ 11:23

Page 20: CEOS fr – Fissuration sous chargement THM

COYNE et BELLIERCEOS fr – 17 mars 2009 20

4 La maquette MAQBETH – fissuration sous gradient thermique

Calcul thermique

Page 21: CEOS fr – Fissuration sous chargement THM

COYNE et BELLIERCEOS fr – 17 mars 2009 21

4 La maquette MAQBETH – fissuration sous gradient thermique

Estimation du bridage: » Moment thermique sous = 135 °C (régime permanent)» Module lent Ec = 43 / (1+) = 17,9 GPa» Mth = 0,73 MNm/m

Calcul d’un tube (libération du moment aux extrémités) efforts dans le tube

-0,1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,80 0,5 1 1,5 2 2,5 3

x (m)

mom

ent (M

N.m

/m)

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

effort

(M

N/m

)

moment

tranchant

effort tangentiel

Page 22: CEOS fr – Fissuration sous chargement THM

COYNE et BELLIERCEOS fr – 17 mars 2009 22

4 La maquette MAQBETH – fissuration sous gradient thermique

Section centrale (calcul élastique):» Légère compression tangentielle N = 0,8 MN/m

» Flexion constante sur 1 m de haut M= 0,73 MN/m

» Calcul des contraintes en béton armé s = 300 MPa

Section centrale (réduction des efforts thermiques de 50 %)» Calcul des contraintes en béton armé s = 150 MPa

Seul l’ACI 349-1R07 traite d’une estimation du coefficient de réduction des effets thermiques (a priori sans tenir compte de la participation du béton entre les fissures)

Page 23: CEOS fr – Fissuration sous chargement THM

COYNE et BELLIERCEOS fr – 17 mars 2009 23

4 La maquette MAQBETH – fissuration sous gradient thermique

Avec le ratio d’acier de MAQBETH, le coefficient de réduction du moment vaut 0,38

Avec participation du béton entre fissures, ce coefficient serait supérieur à 0,5

Autres difficultés évolution du module avec la température et le fluage

Page 24: CEOS fr – Fissuration sous chargement THM

COYNE et BELLIERCEOS fr – 17 mars 2009 24

4 La maquette MAQBETH – fissuration sous gradient thermique

FIP-CEB 78 FIP-CEB 90 EN1992-1-1 SIA 262 ACI 318 sr,max (mm) 316 (flexion) 211 (flexion) 368 (flexion) 95 325 (avant 99)

161 (après 99) sr,moy (mm) 243 (flexion) - - - - s,m (µm/m) 1353 (s=300)

455 (s=150) 957 (s=300) 207 (s=150)

1134 (s=300) 388 (s=150)

556 1500 (s=300) 750 (s=150)

wk (mm) 0,43 (s=300) 0,14 (s=150)

0,20 (s=300) 0,044 (s=150)

0,42 (s=300) 0,14 (s=150)

0,053 avant 99) 0,268 (s=300) 0,134 (s=150)

Après 99 0,25 (s=300)

0,125 (s=150) wk (mm) ANF

0,39 (s=300) 0,13 (s=150)

wk (mm) EN1992-3

0,20

Page 25: CEOS fr – Fissuration sous chargement THM

COYNE et BELLIERCEOS fr – 17 mars 2009 25

4 La maquette MAQBETH – fissuration sous gradient thermique

Conclusions» Dispersion moins grande que pour fissuration au bétonnage» Distance entre fissures entre 368 mm et 161 mm pour 142 observé» Ouverture de fissures avec s = 300 MPa trop forte (0,45 à 0,23 mm)» Ouverture de fissures avec s = 150 MPa plus réaliste (sauf FIP-CEB90

et SIA qui sont trop faibles)

Difficultés (non traitées dans les normes de caculs)» estimation du module (évolution dans le temps et en fonction de la

température) » Réduction de l’inertie du fait de la fissuration

Ferraillage important et enrobage faible

Page 26: CEOS fr – Fissuration sous chargement THM

COYNE et BELLIERCEOS fr – 17 mars 2009 26

5. Conclusions - Les principaux paramètres

Essai LCPC:» pas de conclusion sur formule de fissuration» Corrélation entre teneur en eau et déformations à étudier

Essai MAQBETH:» Domaine de validité des formules règlementaires (enrobage

faible et ratio de ferraillage élevé)» Évolution du module (température et fluage)» Réduction des sections et inerties avec la fissuration

Essais galeries de Civaux» Hors du domaine de validité des formules règlementaires

(enrobage fort et ferraillage faible < ferraillage mini en traction)» Seul EN1992-3 donne un ordre de grandeur cohérent

Page 27: CEOS fr – Fissuration sous chargement THM

COYNE et BELLIERCEOS fr – 17 mars 2009 27

5. Conclusions - Les principaux paramètres

Paramètres communs aux autres type de fissurations» Résistance en traction fctm ou fct,eff

» Adhérence acier béton bd

» Ratio d’acier s (=As / Ac,eff)

» Diamètre des aciers » Enrobage c et espacement s

» Contrainte dans les aciers s

Localisation des fissures (réduction de Ac,eff) Phase de formation de fissures

Page 28: CEOS fr – Fissuration sous chargement THM

COYNE et BELLIERCEOS fr – 17 mars 2009 28

5. Conclusions - Les principaux paramètres

Paramètres spécifiques au THM Détermination des déformations imposées:

» Calcul de températures et de retrait endogène = » Calcul de teneur en eau ou d’humidité relative dans la paroi = K Rh

Calcul des contraintes selon les bridages» EN1992-3 ou ACI 207» Calcul élastique (Eléments finis ou Rdm) plus coefficient de réduction pour

tenir compte de fissuration

» Difficultés: » évolution du module Eceff (avec ou avec le temps au jeune âge ou avec le

temps en fluage» Estimation des réductions de section ou d’inertie

00 1 REceffc