Добірка наукової літератури з теми "Smectites – Teneur en eau – Fluage"

Les récentes avancées technologiques dans le domaine des pompes à chaleurs ont permis de proposer des solutions nouvelles pour le chauffage et le refroidissement des ouvrages. Les géostructures énergétiques consistent à incorporer des échangeurs thermiques dans les éléments enterrés des ouvrages géotechniques. Cependant, l’échange de chaleur conduit à une évolution cyclique de la température du sol adjacent. Ainsi, de nombreuses questions se posent sur l’effet de ces variations de température sur les paramètres hydromécaniques des sols. Ces questions sont importantes puisque les géostructures énergétiques cumulent la fonction d’échangeur thermique et la fonction de portance ou de soutènement. Dans cette étude, quatre massifs de sol ont été compactés dans une cuve de 0,6 m de diamètre et 0,8 m de haut qui est thermo-régulée (1 à 40 °C). Le matériau testé est une argile (illite) compactée à sa teneur en eau optimale soit 31,3 % (essai Proctor normal), et à 90 % de sa masse volumique sèche maximale, soit 1,29 Mg/m3. Six essais mini-pressiométriques ont été réalisés dans chaque massif à différentes étapes des sollicitations thermiques appliquées. Les résultats montrent une diminution de la pression limite avec l’augmentation de la température. L’application de plusieurs cycles montre que le 1er cycle a un impact prépondérant par rapport aux cycles suivants en particulier, pour la pression de fluage qui tend vers une valeur d’équilibre. En revanche, la pression limite conserve sa dépendance à la température au-delà du 1er cycle.

La compréhension des caractéristiques mécaniques des matériaux à base d'argile est essentielle en sciences de la terre et dans diverses applications industrielles. L'argile, en tant que composant principal de ces matériaux hétérogènes, joue un rôle important dans le comportement mécanique de ces matériaux. A travers la simulation de la Dynamique Moléculaire (DM), la présente thèse est consacrée à l'étude des comportements mécaniques des minéraux argileux gonflants à l'échelle atomique en mettant l'accent sur les influences de la teneur en eau, du chemin de chargement, de l'anisotropie et de la contrainte moyenne. La thèse est composée de trois parties principales. La première partie se concentre essentiellement sur les propriétés mécaniques de la Na-montmorillonite sèche (MMT) qui est soumise à un chargement triaxial de compression et d'extension avec différentes contraintes moyennes constantes. Une série de simulations de dynamique moléculaire a été réalisée respectivement dans les directions parallèle et perpendiculaire aux couches cristallines. Les effets de la trajectoire de chargement, de la contrainte moyenne et de l'anisotropie sur les propriétés mécaniques de la MMT sèche à l'échelle atomique sont étudiés et analysées en détail.La deuxième partie étudie les influences de la teneur en eau sur les propriétés physiques et mécaniques sous compression triaxiale avec une contrainte moyenne constante. Dans un premier temps, la propriété de gonflement est caractérisée par la relation entre la distance inter-couches et le degré d'hydratation. Puis, la relation contrainte-déformation est obtenue. De plus, la microstructure et la connexion inter couche des systèmes MMT hydratés à une, deux ou trois couches entre l'état initial et l'état de défaillance ont été entièrement analysées. Enfin, les mécanismes essentiels déclenchant leur rupture à l'échelle atomique sont caractérisés et analysés. La troisième partie est consacrée à la description des déformations de fluage de la MMT. Grâce à la simulation MD, les trois phases caractéristiques de fluage ont été clairement identifiées. Les effets du niveau de contrainte appliqué, Tension de dérive, de la température et des orientations du chargement sur les réponses dépendantes du temps de la MMT ont été étudiés
Understanding the mechanical characteristics of clay-based materials is critical in earth sciences and a variety of industrial applications. Clay, as the main component in these heterogeneous materials, plays a significant role in the mechanical behavior of such materials. Through the Molecular Dynamics (MD) simulation, the present thesis is devoted to investigating the mechanical behaviors of swelling clay minerals at atomic scale by putting the emphasis on the influences of water content, loading path, crystal structure anisotropy and mean stress. The thesis is composed of three parts. The first part mainly focuses on the mechanical properties of dry Na-montmorillonite (MMT) which is subjected to triaxial compression and extension loading with different constant mean stresses. A series of Molecular Dynamics (MD) simulations have been carried out respectively in the parallel and perpendicular directions to crystal layers. The effects of loading path, mean stress and anisotropy on mechanical properties of dry MMT at atomic scale are fully studied and discussed. The second part investigates the influences of water content on the physical and mechanical properties under triaxial compression with a constant mean stress. At first, the swelling property is characterized by the relationship between inter-layer distance and the extent of hydration. Secondly, the stress-strain relationships are obtained for different water contents. In addition, the micro-structure and inter-layer connection of the dry, one-, two-, three-layer hydrated MMT systems between initial and failure states have been analyzed in-depth. At last, the key mechanisms triggering their failure at the atomic scale are identified and analyzed. The third part is devoted to describing the creep deformation of MMT. Through the MD simulation, three representative creep stages have been clearly characterized. The effects of applied stress level, deviatoric stress, the temperature and microstructure orientation on the time dependent responses of MMT have been investigated

Cette recherche s’inscrit dans le cadre de la surveillance structurale des enceintes de confinement des centrales nucléaires qu’EDF exploite. L’objectif est de déterminer comment la connaissance de la teneur en eau du béton de ces ouvrages pourrait améliorer les prédictions de leur comportement mécanique, qui sont régulièrement réalisées dans le cadre de la démonstration de sûreté des installations.Dans un premier temps, nous avons étudié comment les incertitudes de mesure d’auscultation se propageaient dans les modèles pour quantifier l’information apportée par la mesure de teneur en eau. Nous avons également considéré les effets de ces incertitudes sur les extrapolations en fin de vie de l’ouvrage. Dans un second temps, nous avons proposé un modèle de surveillance des déformations différées comprenant la teneur en eau comme variable explicative et fondé sur une dépendance linéaire avec les déformations. Cette approche a été validée grâce aux données issues de la maquette VeRCoRs.Nous avons voulu ensuite estimer plus précisément l’exigence métrologique pour qualifier les chaines de mesure in situ de teneur en eau des bétons. Pour cela, nous avons utilisé la méthode de Monte Carlo pour simuler la propagation des incertitudes de mesures, en comparant les performances du modèle que nous proposions avec celles d’une approche d’ingénierie plus classique
This research takes place within the framework of the structural monitoring of nuclear power plant containments that EDF operates. Our goal is to determine how the knowledge of the concrete water content these structures could improve the predictions of their mechanical behavior, which are periodically undertaken as part of the safety case for the facilities.As a first step, we have studied monitoring data uncertainties propagation through the models, in order to quantify the information brought by the water content measurement. We have also addressed the effects of these uncertainties on the extrapolations to the end of the structure lifetime. In a second phase, we have proposed a delayed deformation monitoring model including water content as an explanatory variable and based on a linear dependence with strains. This approach has been validated with data from the VeRCoRs mock up.Then, we sought to estimate more accurately the metrological requirement to qualify in-situ measurement systems for concrete water content. To do this, we used the Monte Carlo method to simulate the propagation of measurement uncertainties, by comparing the performances of the model that we proposed with those of a more conventional engineering approach

Les argiles compactées sont utilisées dans de nombreuses applications, notamment en géotechnique et en géotechnique de l’environnement, en raison de leur faible perméabilité, et de leurs propriétés de rétention notamment. Cependant, une fois en place, ces matériaux pourraient être exposés à des sollicitations thermiques et/ou hydriques, à long et très long terme. L’objectif principal de ce travail est de quantifier expérimentalement l’impact de ces sollicitations sur la compressibilité d’une argile compactée, et plus particulièrement son fluage. Avec cet objectif, des cellules œdométriques à température contrôlée entre 5 et 70°C ont été développées. Deux types d’œdomètre à succion contrôlée par les méthodes osmotique et solutions salines ont été employés dans une gamme de succion comprise entre 0 et 20,8 MPa, et à une température constante de 20°C. Ces dispositifs ont permis d’étudier le fluage jusqu’à une contrainte verticale de 3600 kPa. L’étude s’est concentrée sur le comportement d’une argile moyennement gonflante compactée. Les résultats obtenus ont tout d’abord montré que la contrainte de préconsolidation apparente σ’p diminue à mesure que la température augmente. Le coefficient de fluage Cαe augmente avec la température, cet effet étant plus particulièrement marqué à des contraintes plus élevées. Une relation linéaire entre le coefficient de fluage Cαe et l’indice de compression incrémental C*c a été observée dans la plage de contraintes considérée et le rapport (Cαe /C*c) dépend de la température. Ensuite, deux approches expérimentales complémentaires (essais de fluage par paliers ou à vitesse de déformation contrôlée) ont mis en évidence la dépendance des caractéristiques de fluage vis-à-vis de la succion du sol. Par ailleurs, la contrainte de préconsolidation apparente σ’p augmente avec l’augmentation de la vitesse de déformation έv et de la succion. En revanche, l’indice de compression Cc et le coefficient de fluage Cαe varient d’une manière non monotone avec une valeur maximale sous une succion de 3,5 et de 2 MPa, respectivement. L’évolution de ces paramètres apparaît fortement liée à la structure interne du sol. L’analyse de la variation de σ’p avec έv et de Cαe avec Cc a montré que la relation Δlog σ’p /Δlog έv = Cαe/Cc est également valable pour le sol argileux compacté étudié dans les cas saturés et non saturés
Compacted clays are used in many applications, including geotechnical and environmental geotechnical applications, due to their low permeability and retention properties. However, once in place, these materials could be exposed to thermal and/or water variations in the long and very long term. The main objective of this work is to experimentally quantify the impact of these variations on the compressibility of a compacted clay, and in particular its creep. With this objective, oedometric cells with controlled temperatures between 5 and 70°C were developed. Two types of oedometers with suction controlled by osmotic and saline methods were used in a suction range of 0 to 20.8 MPa, and at a constant temperature of 20°C. These devices were used to study creep up to a vertical stress of 3600 kPa. The study focused on the behavior of a moderately swelling compacted clay. The obtained results first showed that the yield stress σ’p decreases as the temperature increases. The creep coefficient Cαe increases with temperature, this effect being particularly marked at higher stresses. A linear relationship between the creep coefficient Cαe and the incremental compression index C*c was observed within the stress range considered and the ratio (Cαe /C*c) is temperature dependent. Then, two complementary experimental approaches (creep tests by steps or at controlled strain rate) highlighted the dependence of creep characteristics on soil suction. In addition, the yield stress σ’p increases with increasing strain rate έv and suction. In contrast, the compression index Cc and the creep coefficient Cαe vary in a non-monotonic manner with a maximum value under suction of 3.5 and 2 MPa, respectively. The evolution of these parameters appears to be strongly related to the internal structure of the soil. Analysis of the variation of σ’p with έv and Cαe with Cc showed that the relationship Δlog σ’p /Δlog έv =Cαe/Cc is also valid for the studied compacted clayey soil in saturated and unsaturated states. In conclusion, the results of this work allowed information to be gathered for better understanding the compressibility and creep behavior of compacted clayey soils as a function of temperature and suction

Les études de cette thèse sont centrées sur la caractérisation expérimentale de la durabilité des bétons pour l’Andra (Agence Nationale de gestion des Déchets RadioActifs), notamment pour l’étude de la faisabilité du stockage de déchets radioactifs en formation géologique profonde. Dans ce contexte, les bétons sont soumis à des sollicitations couplées : variation de contraintes lors de l’excavation des galeries, variation de saturation due à la ventilation, mise en pression de gaz dans l’ouvrage, variation de température due aux déchets exothermiques... Il est donc nécessaire d’acquérir de nouvelles données expérimentales afin de caractériser finement les processus thermo-hydro-mécaniques impliqués, à court et à long termes. Les recherches sont réalisées sur les bétons de référence de l’Andra, fabriqués à base de ciment CEM I et CEM V/A. A court terme, différents essais cherchent à mettre en évidence l’évolution du comportement mécanique multiaxial des bétons en fonction de la saturation et de la température. A long terme, des essais de fluage (uniaxial et multiaxial) visent à analyser le comportement mécanique différé de ces bétons sous température ou lors d’un séchage par paliers d’humidité relative contrôlée
Studies of this paper are focused on the experimental characterization of concrete durability for Andra (National Agency for Radioactive Waste Management), and notably in order to study the feasibility of radioactive waste storage in deep geological rocks. In that context, the concretes are subjected to coupled mechanisms: stress variation due to cavity excavation, change of water saturation degree due to ventilation and gas pressure, variation of temperature due to exothermic waste… Therefore, it is necessary to acquire new experimental data for an adequate characterization of short and long-term thermo-hydro-mechanical couplings. Researches are carried out on Andra reference concretes made from cement CEM I and CEM V/A. In the short term, various tests highlight the evolution of multiaxial mechanical behaviour of concrete as a function of saturation and temperature. In a long-term view, creep tests (uniaxial and multiaxial) are performed to study the delayed effects of mechanical behaviour under temperature or during drying by small controlled steps in relative humidity

Ce travail allie une approche théorique, basée sur la mécanique des milieux poreux réactifs, à une approche expérimentale importante, afin de mieux comprendre le fonctionnement d'un béton atteint d'alcali-réaction (plus précisément, de réaction alcali-silice). L'intérêt de la modélisation se manifeste dès la conception du programme d'essais, en orientant le choix des principaux paramètres - apports d'eau, température et contraintes - et en induisant une méthodologie d'étude qui établit un parallèle entre les effets macroscopiques et les causes microscopiques de l'alcali-réaction. Le volet expérimental a porté sur les déformations, fissurations, variations de poids et caractéristiques mécaniques de plus de six cents éprouvettes, en gonflement libre ou sous contrainte uniaxiale. Parallèlement, l'évolution de la microstructure du matériau a été étudiée par différentes techniques: microscope électronique à balayage, visualisation des produits de réaction par fluorescence des ions uranyle, calculs minéralogiques. Les principaux résultats expérimentaux ont été établis sur des bétons ordinaires à base de granulats calcaires (réactifs ou non) et de ciment Portland artificiel. Ils concernent principalement : - l'absence d'influence de l'état de contrainte du matériau sur l'évolution des processus physico-chimiques constituant l'alcali-réaction, ce qui permet d'envisager un calcul d'ouvrage par une approche de type 'déformations chimiques imposées', - le caractère secondaire, sur le plan du gonflement macroscopique, des phénomènes de nature osmotique, et la prépondérance de l'effet de la localisation des produits de réaction, - le rôle primordial, vis-à-vis du gonflement, de la quantité d'eau disponible au moment de la formation des produits de réaction, - la possibilité d'obtention de déformations atteignant 0,1% à partir de la seule eau de gâchage non utilisée par l'hydratation du ciment, - l'indépendance des phénomènes de transport d'eau par rapport à la présence d'alcaliréaction, - l'existence d'un seuil de dessiccation en dessous duquel l'alcali-réaction est bloquée jusqu'à l'arrivée de nouveaux apports d'eau, - la quantification de l'hétérogénéité intrinsèque, justifiant l'introduction d'un aléa sur le gonflement asymptotique, - le suivi de l'évolution des caractéristiques mécaniques, montrant le maintien des résistances en compression et en traction par fendage et une chute de l'ordre de 30% du module d'Young, liée à la fissuration des éprouvettes, - l'explication de l'origine de l'anisotropie du gonflement libre, due au sens du coulage et à l'anisotropie du béton, indépendamment de l'alcali-réaction, - la compréhension des causes de la forme sigmoïdale des courbes de gonflement, résultant de l'augmentation de l'espace poreux au fur et à mesure du développement de l'alcali-réaction et donc de la plus grande facilité de diffusion, - la mise en évidence de l'importance de la phase d'accélération des phénomènes (notion de temps de latence), dont la durée dépend des apports d'eau extérieurs, mais surtout de la température (dont l'effet est essentiellement cinétique). Ces résultats ont permis d'identifier les ordres de grandeur des paramètres fondamentaux d'une loi de comportement décrivant l'évolution d'un béton du même type que celui de plusieurs ouvrages atteints d'alcali-réaction, dans le Nord de la France.

Le projet français de stockage des déchets nucléaires, géré par l'Andra, nécessite la récolte de données expérimentales sur la durabilité des bétons de référence. Dans cette étude, les sollicitations prises en compte sont les processus de désaturation/resaturation, la charge thermique et l'évolution mécanique. Ainsi l'analyse porte ainsi sur le couplage thermo-hydro-mécanique des bétons de référence de l'Andra, fabriqués à base de ciment CEM I et CEM V/A. L'état de saturation en eau et les retraits des matériaux, soumis à la dessiccation ou à la resaturation, sont conditionnés par les différentes conditions thermiques et hydriques imposées, ainsi que de leurs caractéristiques microstructurales. Par ailleurs, l'étude de l'évolution mécanique est approfondie à 20°C en fonction de l'état de saturation en eau. A court terme, différents essais ponctuels mettent en évidence un endommagement hydrique qui conditionne le comportement mécanique. A long terme, l'étude du fluage sous dessiccation révèle le couplage existant entre la durabilité, l'évolution mécanique des matériaux et la dessiccation