Analyse par approche numérique mésoscopique des propriétés mécaniques résiduelles du béton après un chargement de type fluage

International audience Les modèles existants pour estimer le fluage du béton basés sur une modélisation rhéologique, supposent généralement que le béton est un matériau homogène. Par conséquent les incompatibilités de déformations entre la pâte de ciment et les granulats lorsque le béton est soumis à un chargement de type fluage ne peuvent pas être prise en compte alors qu'elles peuvent être à l'origine d'une microfissuration. Ces microfissures peuvent entrainer une diminution du module d'élasticité et de la résistance du béton, et une augmentation de la quantité de déformation par fluage sous le même niveau de chargement. Cette augmentation des déformations de fluage peut être considérée comme la source de non linéarités avec le niveau de contrainte. Pour étudier l'influence de ces microfissures, un modèle visco-élastique-endommageable a été adopté pour le calcul de fluage en utilisant une technique de maillage mésoscopique. Les résultats montrent qu'une part importante des non linéarités peut être expliquée par les microfissurations liées aux incompatibilités de déformations et que l'approche mésoscopique permet de reproduire fidèlement des essais de fluage jusqu'à la rupture. </div

Massive structure monitoring: relevance of surface strain measurement

Most of large civil engineering concrete structures have been instrumented for decades with embedded sensors. To prevent the eventual loss of data, complementary instrumentation of external surface has recently been deployed. This new instrumentation can take different forms but in all cases, to avoid damaging the structure, it will be only superficially anchored. Near the outer surfaces, thermo-hydro-mechanical concrete behaviour is more sensitive to varying environmental conditions than in the centre of the structures. Therefore, the strain measured near the outer surfaces is not identical to the strain measured by embedded sensors. Consequently the methods of classical physical-statistical analysis must be reviewed. Using a thermo-hydro-mechanical finite element modeling calibrated on a representative concrete and applied on a current part of a thick structure, this work confirms a dependence of strain on the depth. First results show that the depth impact affects both kinetic and amplitude strain

Coupling by means of strong discontinuity approach between crack opening and gas permeability for concrete

Due to industrial needs, one of the key issues nowadays is to develop numerical tools that are able to predict the leakage rate through a cracked concrete structure. This paper presents a validation of a numerical modelling of leakage rate through a mortar specimen in a splitting test versus experimental results. The mechanical state of the material is described by means of an enhanced non-local damage model which takes into account the stress state and provides a realistic damage field at failure. A semi discrete method based on a Strong Discontinuity (SD) approach is then considered to study the coupling between the mechanical state of the material and its permeability. This method consists in first determining the crack opening field in the crack surface, then coupling the permeability with the crack opening by means of a modified Poiseuille's law. The assessed crack openings given by the SD method is compared to Digital Image Correlation measurements. The comparison between the two shows that the assessed crack openings given by SD are in good agreement (the maximum relative error is less than 20%). The results of the coupling compared to experimental data show a good estimation of the structural permeability for high level of cracking. Moreover, for lower levels of cracking, low differences between numerical and experimental permeabilities are observed

Integrated Proteomic and Transcriptomic Investigation of the Acetaminophen Toxicity in Liver Microfluidic Biochip

Microfluidic bioartificial organs allow the reproduction of in vivo-like properties such as cell culture in a 3D dynamical micro environment. In this work, we established a method and a protocol for performing a toxicogenomic analysis of HepG2/C3A cultivated in a microfluidic biochip. Transcriptomic and proteomic analyses have shown the induction of the NRF2 pathway and the related drug metabolism pathways when the HepG2/C3A cells were cultivated in the biochip. The induction of those pathways in the biochip enhanced the metabolism of the N-acetyl-p-aminophenol drug (acetaminophen-APAP) when compared to Petri cultures. Thus, we observed 50% growth inhibition of cell proliferation at 1 mM in the biochip, which appeared similar to human plasmatic toxic concentrations reported at 2 mM. The metabolic signature of APAP toxicity in the biochip showed similar biomarkers as those reported in vivo, such as the calcium homeostasis, lipid metabolism and reorganization of the cytoskeleton, at the transcriptome and proteome levels (which was not the case in Petri dishes). These results demonstrate a specific molecular signature for acetaminophen at transcriptomic and proteomic levels closed to situations found in vivo. Interestingly, a common component of the signature of the APAP molecule was identified in Petri and biochip cultures via the perturbations of the DNA replication and cell cycle. These findings provide an important insight into the use of microfluidic biochips as new tools in biomarker research in pharmaceutical drug studies and predictive toxicity investigations

Etude de la fissuration au jeune âge des structures massives en béton : influence de la vitesse de refroidissement, des reprises de bétonnage et des armatures

At early-age, massive concrete structures (ex. nuclear power plant) are submitted to strains due to the hydration reaction. If they are restrained, crossing cracks can occurs. This cracking may increase significantly the concrete wall permeability. The objectives of this work was to characterize the early age concrete behavior (thermal and endogenous shrinkage, basic and thermal transient creep, mechanical characteristic evolution) as well as develop a new device to study the early age cracking of a concrete structure submitted to restrained shrinkage.The experimental campaign achieved with this new device (called thermal active ring test) and the numerical analysis of the test thanks to finite element simulations allows us to evaluate the coupling betwwen creep and damage, to identify the tensile strength decrease due to construction joints and to quantify the effect of reinforcement on the concrete behaviour. Moreover, with this device, permeability measurements have been performed on a cracked specimen. Finally, numerical simulations of massive structures highlight the influence of boundary conditions for restrained shrinkage and the influence of the coupling between creep and damage on the damage pattern.Lors de leur construction, les structures massives (ex. les enceintes de confinement des centrales nucléaires) sont soumises à des déformations dues à l’hydratation du béton. En effet, d’une part la réaction chimique du ciment avec l’eau est exothermique et thermo activée, ce qui induit des déformations de dilatation puis de contraction. D’autre part une dépression capillaire étant créée par la consommation d’eau due à l’hydratation du ciment, des déformations de contraction se produisent. Lorsqu’elles sont empêchées par la partie de la structure déjà construite, ces déformations volumiques induisent des contraintes de compression puis de traction pouvant causer une fissuration traversante augmentant alors sensiblement la perméabilité du béton. Mon travail de thèse a consisté à caractériser le comportement au jeune âge du matériau que l’on utilise (basé sur la formulation utilisée lors de la construction d’une enceinte) puis à mettre au point un essai permettant d’étudier la fissuration d’une éprouvette de béton soumise à des déformations empêchées lors de son durcissement. Ce nouvel essai est en fait une évolution de l’essai à l’anneau de retrait gêné permettant de prendre également en compte les déformations d’origine thermique. Les essais de caractérisation concernent essentiellement, d’un point de vue macroscopique, le retrait (endogène et thermique), le fluage (propre et thermique transitoire) et l’évolution des caractéristiques mécaniques (résistance à la compression, à la traction et module d’élasticité). La campagne d’essais réalisée avec ce nouveau dispositif, appelé essai à l’anneau thermique actif, et l’analyse numérique de ces essais par des simulations aux éléments finis (basées sur un modèle viscoélastique endommageable introduisant un couplage entre le fluage et l’endommagement) a permis d’évaluer ce couplage, d’identifier la diminution de résistance en traction due à une reprise de bétonnage et de quantifier l’effet des armatures sur le comportement du béton. Des mesures de transfert d’air sec à travers une éprouvette fissurée ont également été réalisées sur ce dispositif. Finalement, des simulations numériques d’ouvrages massifs ont mis en exergue l’influence des conditions de restriction du retrait sur le faciès d’endommagement et l’influence du couplage fluage fissuration sur le calcul des ouvertures de fissures

Study of the early age cracking of concrete massive structures : effect of the temperature decrease rate, steel reinforcement and construction joints

Lors de leur construction, les structures massives (ex. les enceintes de confinement des centrales nucléaires) sont soumises à des déformations dues à l’hydratation du béton. En effet, d’une part la réaction chimique du ciment avec l’eau est exothermique et thermo activée, ce qui induit des déformations de dilatation puis de contraction. D’autre part une dépression capillaire étant créée par la consommation d’eau due à l’hydratation du ciment, des déformations de contraction se produisent. Lorsqu’elles sont empêchées par la partie de la structure déjà construite, ces déformations volumiques induisent des contraintes de compression puis de traction pouvant causer une fissuration traversante augmentant alors sensiblement la perméabilité du béton. Mon travail de thèse a consisté à caractériser le comportement au jeune âge du matériau que l’on utilise (basé sur la formulation utilisée lors de la construction d’une enceinte) puis à mettre au point un essai permettant d’étudier la fissuration d’une éprouvette de béton soumise à des déformations empêchées lors de son durcissement. Ce nouvel essai est en fait une évolution de l’essai à l’anneau de retrait gêné permettant de prendre également en compte les déformations d’origine thermique. Les essais de caractérisation concernent essentiellement, d’un point de vue macroscopique, le retrait (endogène et thermique), le fluage (propre et thermique transitoire) et l’évolution des caractéristiques mécaniques (résistance à la compression, à la traction et module d’élasticité). La campagne d’essais réalisée avec ce nouveau dispositif, appelé essai à l’anneau thermique actif, et l’analyse numérique de ces essais par des simulations aux éléments finis (basées sur un modèle viscoélastique endommageable introduisant un couplage entre le fluage et l’endommagement) a permis d’évaluer ce couplage, d’identifier la diminution de résistance en traction due à une reprise de bétonnage et de quantifier l’effet des armatures sur le comportement du béton. Des mesures de transfert d’air sec à travers une éprouvette fissurée ont également été réalisées sur ce dispositif. Finalement, des simulations numériques d’ouvrages massifs ont mis en exergue l’influence des conditions de restriction du retrait sur le faciès d’endommagement et l’influence du couplage fluage fissuration sur le calcul des ouvertures de fissures.At early-age, massive concrete structures (ex. nuclear power plant) are submitted to strains due to the hydration reaction. If they are restrained, crossing cracks can occurs. This cracking may increase significantly the concrete wall permeability. The objectives of this work was to characterize the early age concrete behavior (thermal and endogenous shrinkage, basic and thermal transient creep, mechanical characteristic evolution) as well as develop a new device to study the early age cracking of a concrete structure submitted to restrained shrinkage.The experimental campaign achieved with this new device (called thermal active ring test) and the numerical analysis of the test thanks to finite element simulations allows us to evaluate the coupling betwwen creep and damage, to identify the tensile strength decrease due to construction joints and to quantify the effect of reinforcement on the concrete behaviour. Moreover, with this device, permeability measurements have been performed on a cracked specimen. Finally, numerical simulations of massive structures highlight the influence of boundary conditions for restrained shrinkage and the influence of the coupling between creep and damage on the damage pattern

Etude de la fissuration au jeune âge des structures massives en béton (influence de la vitesse de refroidissement, des reprises de bétonnage et des armatures)

Lors de leur construction, les structures massives (ex. les enceintes de confinement des centrales nucléaires) sont soumises à des déformations dues à l hydratation du béton. En effet, d une part la réaction chimique du ciment avec l eau est exothermique et thermo activée, ce qui induit des déformations de dilatation puis de contraction. D autre part une dépression capillaire étant créée par la consommation d eau due à l hydratation du ciment, des déformations de contraction se produisent. Lorsqu elles sont empêchées par la partie de la structure déjà construite, ces déformations volumiques induisent des contraintes de compression puis de traction pouvant causer une fissuration traversante augmentant alors sensiblement la perméabilité du béton. Mon travail de thèse a consisté à caractériser le comportement au jeune âge du matériau que l on utilise (basé sur la formulation utilisée lors de la construction d une enceinte) puis à mettre au point un essai permettant d étudier la fissuration d une éprouvette de béton soumise à des déformations empêchées lors de son durcissement. Ce nouvel essai est en fait une évolution de l essai à l anneau de retrait gêné permettant de prendre également en compte les déformations d origine thermique. Les essais de caractérisation concernent essentiellement, d un point de vue macroscopique, le retrait (endogène et thermique), le fluage (propre et thermique transitoire) et l évolution des caractéristiques mécaniques (résistance à la compression, à la traction et module d élasticité). La campagne d essais réalisée avec ce nouveau dispositif, appelé essai à l anneau thermique actif, et l analyse numérique de ces essais par des simulations aux éléments finis (basées sur un modèle viscoélastique endommageable introduisant un couplage entre le fluage et l endommagement) a permis d évaluer ce couplage, d identifier la diminution de résistance en traction due à une reprise de bétonnage et de quantifier l effet des armatures sur le comportement du béton. Des mesures de transfert d air sec à travers une éprouvette fissurée ont également été réalisées sur ce dispositif. Finalement, des simulations numériques d ouvrages massifs ont mis en exergue l influence des conditions de restriction du retrait sur le faciès d endommagement et l influence du couplage fluage fissuration sur le calcul des ouvertures de fissures.At early-age, massive concrete structures (ex. nuclear power plant) are submitted to strains due to the hydration reaction. If they are restrained, crossing cracks can occurs. This cracking may increase significantly the concrete wall permeability. The objectives of this work was to characterize the early age concrete behavior (thermal and endogenous shrinkage, basic and thermal transient creep, mechanical characteristic evolution) as well as develop a new device to study the early age cracking of a concrete structure submitted to restrained shrinkage.The experimental campaign achieved with this new device (called thermal active ring test) and the numerical analysis of the test thanks to finite element simulations allows us to evaluate the coupling betwwen creep and damage, to identify the tensile strength decrease due to construction joints and to quantify the effect of reinforcement on the concrete behaviour. Moreover, with this device, permeability measurements have been performed on a cracked specimen. Finally, numerical simulations of massive structures highlight the influence of boundary conditions for restrained shrinkage and the influence of the coupling between creep and damage on the damage pattern.CACHAN-ENS (940162301) / SudocSudocFranceF

A multifiber beam model for the thermo-mechanical analysis of RC structures: simulation of the ConCrack benchmark RG8 test

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Reinforced concrete structures at early age: experiment on massive structures and simplified modelling

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