JOURNÉES OUVRAGES D ART

Transcription

1 LILLE - 16 ET 17 JUIN 2010

2 X. WANG (Doctorant) M. THIERY V. BAROGHEL-BOUNY Group MDM Département Matériau LCPC Page 2/X

3 PLAN Contexte Présentation de la plateforme de modélisation multi-niveaux Acquisition des données d entrée du modèle Exemple de simulations Perspectives Page 3/X /18

4 CONTEXTE Pénétration des ions chlorures et durée de vie d un ouvrage Ions Cl - et corrosion des armatures Durée de vie d un ouvrage et propagation des agents agressive Armatures Durée de vie Page 4/X /18

5 CONTEXTE Transport des ions chlorures dans les bétons Milieu agressif Béton Diffusion Interaction électrique czf i i J i Di ci RT Précipitation/dissolution des solides Ions Cl - libres Formation du Sel des Friedel Ions Cl - fixés Adsorption dans les C-S-H Isotherm de fixation s Cl fc ( ) Cl Page 5/X /18

6 CONTEXTE Approche performantielle basée sur les indicateurs de durabilité [Guide AFGC] Indicateurs de durabilité Porosité Coefficient de diffusion Cl Perméabilité aux gaz Perméabilité à l eau liquide Teneur en portlandite Modèle couplant transport des ions et interactions physicochimique Diffusion (milieu non saturé) Interactions électriques Interactions physico-chimiques Transfert hydriques Durée de vie d un ouvrage Evolution des profils de la concentration en Cl (et autres espèces) au cours du temps Condition initiale Propriétés du matériau Environnement envisagé Condition limite Durée de vie d un ouvrage Page 6/X /18

7 MODELE MULTI-NIVEAUX Modèle 1D 4 niveaux de sophistication Implantation numérique: Bil (volume fini) Page 7/X /18

8 MODELE MULTI-NIVEAUX : Niveau 2 Transport en milieu saturé : Equation Nernst-Planck czf i i Ji Di gradci grad RT Bilan des matière (Cl, Na, K, etc.) : n t divj Interaction physico-chimiques : n c s Cl Cl Cl Décrire les facteurs influençant les mouvements des espèces. s Cl f ( c ) Cl Page 8/X /18

9 MODELE MULTI-NIVEAUX Passage aux conditions non saturées Saturée Multi-espèces Transport électro-diffusif - diffusion et migration des ions Interactions ions-matrice -fixation des ions chlorures Activité chimique négligée Non saturée Cl -, Na +, K +, OH -, H 2 O Multi-espèces Multiphasique : liquide + gaz - changement des phases : équilibre liquide-vapeur d eau Transport advectif : l eau liquide + gaz Transport électro-diffusif : espèces en solution Interaction ions-matrice Cristallisation des sels Activité chimique de l eau prise en compte - vapeur d eau -air sec Page 9/X /18

10 MODELE MULTI-NIVEAUX : Niveau 4 Transport dans l état non saturée Transport de masse - multiphasique Gaz Liquide K g pa wa a krg Slpg f (, Sl) Dvapg( ) p g K g pv wv v krg Slpg f (, Sl) Dvapg( ) p g K w kr S p M J l w w l l l w w l Kl cizif wi i krl Slpl Di( ci ciln i i) RT l Transport advectif Transport électro-diffusif g g diffusion activité Prise en compte l activité chimique des espèces Page 10/X /18

11 ACQUISITION DES DONNEE D ENTREES Identification des propriétés des matériaux Les propriétés des matériaux qui servent comme données d entrée du modèle sont mesurées directement ou indirectement par des moyennes expérimentales. Mesure directe Mesure indirecte Porosité à l eau liquide Perméabilité intrinsèque aux gaz Coefficient de diffusion Page 11/X /18

12 ACQUISITION DES DONNEES D ENTREE Méthode d analyse inverse (appliquée à K l et D eff ) Les paramètres sont déterminées par analyse inverse à partir des résultats d essai. Comparer : Profil expérimental VS (Cl tot ou cinétique de perte de masse ) Méthode d optimisation Nelder-Mead research [KOLD 03] Profil numérique (Cl tot ) Page 12/X /18

13 SIMULATION Fittage des paramètres par analyse inverse Profil Cl totaux Rechercher Comparer D Cl Coefficient de diffusion effective basée sur les mesure directe Page 13/X /18

14 SIMULATION Fittage des paramètres par analyse inverse Profil Cl totaux Isotherme Rechercher Comparer s Cl c Cl Paramètres de fixation Page 14/X /18

15 SIMULATION Efficacité de la démarche d optimisation : Capacité de prédire les profils Cl à différent échéances exp. 32 j Fittage Coefficient de diffusion D Cl Prediction exp. 32 j exp. 1 j exp. 7 j Paramètres de fixation s Cl c Cl num. 1 j num. 32 j Page 15/X /18

16 SIMULATION : Niveau 4 Cycle imbibition séchage Profils Cl à différentes échéances de séchage Cycle imbibition-séchage Page 16/X /18

17 PERSPECTIVES Raffinement du modèle Le modèle sera raffiné en ajoutant les effets cinétiques agissent sur la fixation des ions chlorures, la cristallisation des sels et l influence de la carbonatation sur la porosité et la fixation des ions chlorures. Validation du modèle Le modèle sera validé par des comparaisons entre les profils prédits et les profils expérimentaux issus des essai de diffusion et des essais d imbibition-séchage (solutions artificielles ou eau de mer). Probabilisation du modèle Le modèle niveau 2 sera probabilisé afin de développer un outil d ingénieur servant à la prédiction / fiabilité de la durée de vie d un ouvrage. Page 17/X /18

18 MERCI DE VOTRE ATTENTION! Page 18/X /18