Chemical and creep models applied for concrete Affected by alkali-aggregate reaction.

Abstract

Structures de béton que souffrent à cause de la réaction alkali-granulat sont aussi affectées per autres mécanismes de détérioration comme le fluage et le rétrécissement. Au Brésil et dans autres pays au monde, cas nombreux des fondations des constructions et béton DAMS ont été investigués à cause du dommage associé à la réaction alkali- granulat. Modèles macroscopiques de la réaction alkali-granulat doivent considérer l'influence des paramètres naturels principaux, comme température, dégrée de saturation e la vitesse d'évolution de la réaction chimique. Pour être relevant aux applications des structures, modèles de fluage béton doivent considérer plusieurs phénomènes importants, comme la non-linéarité, multi-axialité, e des effets thermaux et de séchage. Pour prévenir ces pathologies, réhabilitation des plans ou créer nouvelles procédures de design, la simulation numérique pour la méthode des éléments finis est reconnue comme un outil très utile. Le but de cette recherce est d'implémenter un modèle chimique pour simuler l'avancement de la réaction et un modèle pour simuler les phénomènes de fluage et le rétrécissement sur COMSOL Multiphysics®, comme un moyen de réévaluer des structures de béton qui souffrent de ces mécanismes. Le modèle pour représenter la réaction alkali-granulat a été développé pour Morenon (2017) et les modèles de fluage et de rétrécissement ont été développés pour Sellier et al. (2016), utilisés aujourd'hui pour autres softwares commerciales comme CAST3M et Code_Aster. Les modèles ont été implémentés en COMSOL séparément afin d'évaluer les réponses, en comparaison avec les résultats théoriques et les repères expérimentaux proposées pour les développeurs de ces modèles. Le modèle chimique pour reproduire la réaction alkali-granulat a été comparé aux résultats théoriques montrés par le développeur du modèle (Morenon, 2017) et le modèle de fluage a été comparé aux données expérimentales concernant les déformations de fluage dans différentes directions d'un échantillon sous diverses charges et différentes températures. Les résultats de la simulation ont été en assez bon accord avec les résultats tirés de la littérature, avec un erreur limite de 10%, que montre que l'implémentation en COMSOL a été un succès. Le modèle de rétrécissement n'a pas montré des bons résultats, et quelques instabilités numériques des modèles ont été trouvées quand la couplage des modèles est fini, et pour reproduire complètement une structure de béton affectée par ces phénomènes de détérioration, une comparaison chimio-mécanique-dommage dans un cadre rhéologique doit être mis en œuvre, ce qui sera l'objectif des prochains projets de recherche.

Estruturas de concreto sofrendo de Reação Álcali-Agregado (RAA) são também afetadas por outros mecanismos deletérios como fluência e retração. No Brasil e em muitos outros países, um grande número de casos de fundações de edifícios e barragens de concreto foram investigados por causa do dano associado à RAA. Modelos macroscópicos de RAA devem considerar a influência das principais variáveis ambientais, como temperatura, grau de saturação e a velocidade de evolução da reação química. Para ser relevante em aplicações estruturais, modelos de fluência devem considerar diversos fenômenos importantes como a não linearidade e multi-axialidade, e efeitos térmicos e de secagem. Para prevenir estas patologias, planejar obras de reabilitação ou criar novas diretrizes de projeto, a simulação numérica através de Métodos de Elementos Finitos (MEF) é reconhecida como uma ferramenta muito útil. O objetivo deste trabalho é de implementar um modelo químico, para simular o avanço da reação, e um modelo mecânico para simular os fenômenos de fluência e retração no COMSOL Multiphysics®, como uma forma de reproduzir estruturas de concreto sofrendo destes mecanismos. O modelo para representar RAA foi desenvolvido por Morenon (2017) e os modelos de fluência e retração por Sellier et al. (2016), atualmente em uso por outros softwares comerciais como CAST3M e Code_Aster. Os modelos foram implementados no COMSOL separadamente de forma a avaliar seus resultados, comparando a resultados teóricos e benchmarks experimentais propostos pelos desenvolvedores dos modelos. O modelo químico para reproduzir RAA foi comparado aos resultados teóricos apresentados pelo desenvolvedor (Morenon, 2017), e o modelo de fluência foi comparado aos resultados experimentais de medição de deformação por fluência em diferentes direções em corpos-de-prova de concreto sob diferentes condições de carregamento e temperatura. Os resultados das simulações tiveram correlação razoável com os resultados obtidos na literatura, com discrepancia máxima de 100%, mostrando que a implementação no software COMSOL foi bem executada, Entretanto, o modelo de retração não mostrou resultados aceitáveis, e instabilidades numéricas foram encontradas na tentativa de acoplar os modelos químicos e mecânicos, e para reproduzir totalmente a estrutura de concreto afetada pelos fenômenos deletérios, é necessário implementar um modelo químico-mekânico-dano acoplado, desenvolvido em estrutura reológica, que será o objetivo das próximas pesquisas.