COMPORTEMENT DIFFERE DU BETON DANS LES ENCEINTES DE CENTRALES NUCLEAIRES : ANALYSE ET MODELISATION

406 Pages·1995·25.206 MB·French

by  Laurent Granger

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Ecole Nationale des Ponts et Chaussées
28, rue des Saints-Pères 75005 Paris
COMPORTEMENT DIFFERE DU BETON DANS LES
ENCEINTES DE CENTRALES NUCLEAIRES :
ANALYSE ET MODELISATION
Thèse de Doctorat de l'ENPC
Spécialité Structures et Matériaux
0 présentée par : \
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p Laurent Granger
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2 Laboratoire Centrale des Ponts et Chaussées

- Division Bétons et Ciments pour Ouvrages d'Art
1
n 58, Bd Lefebvre 75015 Paris
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si
er EDF • Service Etudes et Projets Thermiques et Nucléaires
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Division Génie Civil
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7 12-14, Av. Dutriévoz 69628 Villeurbanne Cedex
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Soutenue le 15 Février 1995 avec la mention très honorable avec félicitations
devant le jury composé de :
Rapporteur : J. Mazars, Professeur à TENS de Cachan
Rapporteur : F. H. Wittmann, Professeur à l'Ecole Polytechnique de Zurich
Examinateur : P. Acker, Chef de la division BCOA, LCPC
Examinateur : J.-L. Costaz, Chef de la divison GC, EDF SEPTEN
Examinateur : O, Coussy, Professeur à l'Université de Marne-la-Vallée
Examinateur : J. P. Ollivier, Professeur à l'INSA de Toulouse
Examinateur : J. Tardieu, PDG de Coyne et Bellier
Dir. de thèse : J.-M. Torrenti, Responsable du LRB, CEA
E.N.P.C.
INV03193
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L. Granger, Thèse de Doctorat
" Je ne nie pas la grandeur et la beauté des mathématiques ; [..] je ne conteste pas davantage
leur utilité pratique dans notre métier [,.]. Mais nous ne devons pas oublier qu'elles ne nous
fournissent que des moyens de changer la forme des données que nous possédons déjà et, [..]
nous ne retrouverons jamais à la fin d'un calcul que ce que nous y avons mis à l'origine.
Privée de l'expérience, la déduction mathématique n'est qu'une source d'erreur [,.]. "
Eugène Freyssinet
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Le 21 Mai 1954
p
e Lors de son jubilé scientifique
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L, Granger, Thèse de Doctorat
Remerciements
Je souhaite tout d'abord remercier Gérard Ithurralde et Jean-Louis Costaz d'EDF-SEPTEN. Ils
m'ont fait confiance dans ce travail de longue haleine. Je leur dois le confort matériel et, plus
généralement, tout l'environnement particulièrement propice à un travail de thèse qu'ils ont
bien voulu créer pour moi, ainsi que toute l'ouverture d'esprit qu'ils m'ont proposée en
m'intégrant dans leurs différentes activités. Qu'ils sachent qu'ils ont été des chefs très
appréciés par leurs qualités professionnelles et humaines.
0 Qu'il me soit aussi permis de remercier les ingénieurs des autres services d'EDF avec lesquels
1
0 j'ai travaillé : la DTG, le CEMETE, le CNEN et le chantier de la centrale de Civaux ainsi que
2
ceux de Coyne et Bellier. Us ont bien voulu répondre à mes nombreuses questions, me
p
e conseiller et m'accueillir chaleureusement.
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2
Je remercie de même Jean Michel Torrenti (Directeur du Laboratoire de Recherche sur les
-

1 Bétons du CEA) et Paul Acker (Responsable de la Division Béton et Ciment pour Ouvrages

n
o d'Art du LCPC) qui ont été respectivement mon directeur de thèse et mon conseiller d'étude.
si us sont pour beaucoup dans ce travail de thèse qui s'inspire largement de leurs nombreux
r
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v travaux. Je les remercie aussi pour le temps qu'ils m'ont consacré, la simplicité de leur contact

,
5 et l'enthousiasme qu'ils m'ont fait partager pour la recherche scientifique.
7
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0
2 Je remercie tout autant les membres de la division BCOA, qu'ils soient chefs de section,
5
0 assistants, personnels administratifs, techniciens ou secrétaires, thésards et stagiaires pour les
0
el- nombreux services que je leur ai demandés. Us ont largement participé à ma culture
t scientifique, aux discussions très intéressantes et acharnées, à la réalisation de mon
programme expérimental, à la fabrication des éprouvettes, aux calculs sur CESAR, aux
rencontres amicales avec Carlos à 10 heures autour d'un café ; je sais qu'ils se reconnaîtront.
Si je garde un aussi bon souvenir de ces trois années au LCPC, c'est bien grâce à eux.
Au cours de ma thèse j'ai eu l'occasion de travailler dans deux autres laboratoires : le
Laboratoire de Mécanique et de Durabilité des Constructions (Toulouse) où j'ai été accueilli
par Gérard Pons ainsi qu'à Northwestern University dans l'équipe du Prof. Bazant. Je les en
remercie, ils m'ont beaucoup apporté dans des domaines scientifiques très complémentaires
de ceux de la division BCOA du LCPC.
Qu'il me soit enfin permis de remercier globalement toutes les autres personnes que j'ai
rencontrées pendant ces trois ans au LCPC, au LMDC, à EDF et à Northwestern University
dont le nom n'apparaît pas dans ces quelques lignes mais que je remercie individuellement.
Parmi les personnalité scientifiques que j'ai eu le loisir de rencontrer et qui m'ont le plus
marqué ou influencé, je me dois de citer plus particulièrement : Paul Acker, Zdenek Bazant,
Olivier Coussy, François de Larrard, Gilles Escadeilîas, Pierre Rossi et Jean Michel Torrenti.
Enfin qu'il me soit permis de remercier mes deux rapporteurs, le Prof. Wittmann et le Prof.
Mazars ainsi que les autres membres de mon jury, le Prof, OIJivier et M. Tardieu pour
l'honneur qu'ils me font et le temps qu'ils ont bien voulu m'accorder.
Merci et bonne lecture !
Laurent GRANGER
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L. Granger, Thèse de Doctorat
Sommaire général
Sommaire général 1
Principales notations ...4
Résumé en français 6
English abstract 7
Résumé long 9
Avant propos : une thèse CIFRE : pourquoi, comment ? 17
Introduction générale 19
0
1 Première Partie : 22
0
2
Présentation générale et caractérisation des bétons étudiés
p
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S Introduction 22

4
2
Chapitre I : De l'électricité nucléaire au béton. II était une fois 23

-
1 i. EDF et l'énergie en France ..24

n 2. La conception des centrales nucléaires française 31
o
si 3. Le problème tel qu'il se pose actuellement 47
er 4. Définition du sujet de thèse. 48
v

5, Chapitre II : Caractérisation des bétons étudiés 51
7
6 1. Le Programme expérimental 52
0
2. Les résultats des essais classiques 56
2
5 3. Conclusions.... .....92
0
0
-
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Deuxième partie : 94
Les déformations différées du béton, Nature physique et modélisation
Introduction 94
A. Les déformations différées du béton au jeune âge 95
Chapitre I: Le retrait Endogène .....98
1. Le phénomène physico-chimique 99
2. Influence de paramètres divers 105
3. Mesure directe du retrait endogène 106
4. Prise en compte dans les structures 112
5. Conclusion 1Î7
1
Chapitre II : Le retrait thermique du béton 119
1. Notions préliminaires sur la thermo-activation..... „ 120
2. Le phénomène physico-chimique.... 122
3. Influence de paramètres divers 129
4. Prise en compte dans les structures 130
5. Les essais avec traitement thermique 150
6. Conclusion 153
B. Le séchage et le retrait de dessiccation du béton 155
Chapitre III : Le séchage du béton ....156
1. Objectifs 157
2. Le séchage : causes et conséquences 158
3. L'eau dans la pâte de ciment durcie et dans le béton 159
4. Isotherme de sorption/désorption du béton 169
5. Equations de la migration de l'humidité dans le béton 170
6. Explication physique de D(C)..... 176
7. Effet d'un champ de contrainte sur le séchage 179
8. Conditions initiales et conditions aux limites.. 180
9. Prise en compte de la fissuration............. 181
0
1 10. Relation taille de l'éprouvette, temps de séchage 182
0
2 11. Application à notre étude 185

p 12. Conclusion 194
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S
Chapitre IV : Le retrait de dessiccation du béton. 205
4
2 1. Introduction...... 206

- 2. Le phénomène physique 206
1
n 3. Retrait global d'une structure et effet d'échelle... 211
o 4. Prise en compte de la fissuration , 214
si
r 5. Résultats et interprétation des résultats expérimentaux 219
e
v 6. Modélisation par éléments finis 232

,
5 7. Résultats sur éprouvette et sur structure 233
7
6 8. Prise en compte d'une hygrométrie variable 236
0
2 9. Prévision "rapide" du retrait sur une structure épaisse 238
5
0 10. Conclusion , 240
0
-
el
C. Le comportement du béton sous charge 242
t
Chapitre V : Le fluage propre 245
1. Introduction 246
2. Les origines physico-chimiques du fluage propre 249
3. Considérations thermodynamiques 251
4. La modélisation du fluage propre 264
5. Les problèmes en suspends... 272
6. Les résultats de fluage propre en laboratoire 274
7. Résultats sur enceinte.. 276
8. Conclusion • • 276
2
Chapitre VI : Le fluage de dessiccation du béton .....278
1. Introduction.............. .....279
2. Quelques propriétés expérimentales du fluage de dessiccation.. 280
3. Le(s) phénomène(s) physique(s) ..282
4. Les BHP ont-ils un fluage de dessiccation ? 286
5. Application à notre étude 288
6. Conclusion.......... 294
Résultats et enseignements
Introduction 296
Chapitre I : Principaux résultats 297
1. Résultats sur éprouvette de diamètre 16 cm ...298
2. Résultats de déformations différées sur enceinte 304
3. Comparaison avec des calculs simples d'ingénieur 316
4. Calcul des pertes de précontrainte sur structure 32Î
5. Conclusion.,... 331
0
1 Chapitre II : Propositions pour les règlements ...333
0
2 1. Introduction.... ......334

p
2. Evaluation du règlement français BPEL.. 334
e
S 3. Tentatives de propositions pour les règlements 358

4
4. Estimation des déformations différées sur structure... 341
2
- 5. Conclusion..... 343

1

n
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si
r Conclusion générale .....345
e
v

,
5
7 Bibliographie 351
6
0
2
5 Annexes .....361
0
0
- Annexe 1 : Le modèle parallèle série, modèle composite
el
t pour la modélisation du comportement différé du béton 362
Annexe 2 : Le problème du béton précontraint, fluage/ relaxation combiné du couple acier béton... 368
Annexe 3 : Généralités sur le massif de Flamanviîle 382
Annexe 4 : Caractérisation des roches et éléments de mécaniques des roches 385
Annexe 5 : Technique de la simple réplique... ....392
3
L. Granger, Thèse de Doctorat
Principales notations
Les indices ou exposant :
0 variable dans son état initial
b relatif au béton
p relatif à la pâte de ciment
g relatif au granulat
s comme séchage
0
1 e comme élastique
0
2 v comme vieillissement

p
e fl ou c comme fluage (creep)
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re comme retrait endogène
4
2 rd comme retrait de dessiccation

-

1 fp comme fluage propre

n
o fd comme fluage de dessiccation
si
r
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v Le temps

,
5
7
06 1 temps actuel
2
5 t âge de fabrication du matériau ; bien souvent on prendra t = 0
0 0 0
0 t âge où le séchage commence
- s
el t âge de chargement
t c
Les caractéristiques du matériau :
E module d'Young
v coefficient de Poisson
*" ^ coefficients de Lamé du matériau : ji = —— ; X -
2(1+0)) (1 + D)(1-2T>)
K E
coefficient de compressibilité 3K = —•—-—
(1-2u)
R ou f résistance en compression
c c
R ou ft résistance à la traction
t
p masse volumique
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