thydr600
Thermo-Hydrique du Béton sous
à des Hautes Temperatures
Transferts Thermo-Hydriques dans un Milieu Poreux avec Deshydratation:
Approches Numérique et Expérimentale du Béton Exposée à Hautes Temperatures
M.V.G. De Morais, A. Noumowe, M. Kanema, J.L. Gallias, R. Cabrillac
Université de Cergy-Pontoise - L2MGC, 5 mail Gay-Lussac, Neuville sur Oise,
95031 Cergy-Pontoise, France
Le béton présente beaucoup d'avantages pour son utilisation dans des applications structurales de génie civil. Sa résistance mécanique peut être très élevée, au delà de 80 MPa en compression à 28 jours. Cette résistance mécanique élevée est obtenue en particulier en diminuant la porosité et la perméabilité.
Cependant, dans certaines circonstances de température élevée (incendie, stockage de déchets radioactifs,…), une dégradation par écaillage ou éclatement est souvent observée. Les violents incendies récents dans des bâtiments et tunnels ont montré la grande sensibilité du béton des parois ou des voussoirs exposé aux flammes. Les phénomènes d'écaillage et d'éclatement sont essentiellement dus à des fortes contraintes thermiques et fortes pressions de vapeur d'eau à haute température. Les gradients thermiques élevés créent de fortes contraintes thermiques dans les éléments en béton. La faible perméabilité du béton empêche ou retarde l'évacuation de la vapeur d'eau créant ainsi de fortes pressions dans l'élément en béton [BAZ96, KAN05].
(a)
(b)
Figure 1 - Représentation schématique de l'éprouvette de béton modelisée, conditions aux limites (a) et cycles de chauffage - refroidissement (température de surface) en fonction du temps (b).
Le but de la présente étude numérique est de quantifier les transferts de chaleur et de masse dans une éprouvette cylindrique en béton exposée à des températures élevées et de la confronter au comportement observé expérimentalement.
Les résultats expérimentaux et numériques portent sur les gradients thermiques, les pressions de vapeur, l'humidité relative, les pertes de masse dues à la déshydratation, la teneur en eau d'éprouvettes de béton chauffées de 20 à 600 °C.
L'étude comporte deux parties. La première partie étudie les avantages et les limites d'une approche purement thermique pour l'étude d'un élément en béton soumis à une température élevée, en négligeant les transferts de masse et les phénomènes physico-chimiques qui ont lieu au sein du béton. Les résultats numériques peuvent s'écarter sensiblement des résultats expérimentaux.
La seconde partie concerne une approche thermo-hydrique. Elle montre une bonne concordance des résultats expérimentaux et numériques (figures 2 et 3). Pour des cycles d'échauffement de la température de 20 à 300 °C, le comportement thermo-hydrique observé expérimentalement (gradient thermique, perte de masse) peut être simulé avec une grande précision si l'on connaît les propriétés thermiques et hydriques du béton utilisé. Pour des cycles de température entre 300 et 600 °C, le modèle thermo-hydrique reste approprié même s'il ne tient pas compte de l'endommagement mécanique du béton. Les résultats indiquent des gradients thermiques élevés et de fortes pressions de vapeur qui se superposent à l'endommagement du béton dû aux transformations physico-chimiques et vont dans le même sens que d'autres résultats publiés [GAL00, RAN03, NOU03]. Par ailleurs, les résultats confirment l'évolution de la conductivité thermique du béton en fonction de la température recommandée par le DAN (document d'application nationale) Français de l'Eurocode 2 [CEN04].
(a)
(b)
Figure 2 - Perte de masse du béton (PM) en fonction de la température au centre de
l'éprouvette (Tcentre) pour les cycles d'échauffement de 300°C (a) et de 600°C (b).
Comparaison des résultats expérimentaux (B400) et numériques (Cd).
(a)
(b)
Figure 3 - Evolution de la différence de température entre la surface et le centre de l'éprouvette (DT)
et de la perte de masse de l'éprouvette (PM) au cours des cycles d'échauffement - refroidissement.
Comparaison de résultats expérimentaux (B400) et numériques (Cd).
PRODUCTION BIBLIOGRAPHIQUE:
[HMT07] M. Kanema, M.V.G. De Morais, A. Noumowe, J.L. Gallias, R. Cabrillac (2007) THERMO-HYDROUS TRANSFERS IN A CONCRETE ELEMENT EXPOSED TO HIGH TEMPERATURE : EXPERIMENTAL AND NUMERICAL APPROACHES, Heat and Mass Transfer, 44(2):149-164, doi:10.1007/s00231-006-0212-9.
[AUGC06] M.V.G. De Morais, A. Noumowe, M. Kanema, J.L. Gallias, R. Cabrillac (2006) TRANSFERTS THERMO-HYDRIQUES DANS UN ELEMENT EN BETON EXPOSE A UNE TEMPERATURE ELEVEE : APPROCHES NUMERIQUE ET EXPERIMENTALE, 24ème Rencontres Universitaires de Génie Civil (AUGC06) - Construire: les nouveaux défis, 1 et 2 Juin, La Grande Motte, France.
[ASME06] A. Noumowe, M.V.G.de Morais, M. Kanema, J.L. Gallias, R. Cabrillac (2006) HEAT AND MASS TRANSFERS IN A HEATED CONCRETE ELEMENT : 20 TO 600°C, Proceedings of FEDSM2006, ASME Joint U.S. – European Fluids Engineering Summer meeting, July 17-20, 2006, Miami, Florida, USA
Actualisé le vendredi 8 décembre 2006