Analyse par éléments finis de murs affectés par une réaction silico alcaline soumis à des charges sismiques cycliques simulées

Résumé d’une présentation prévue pour le :
12e Congrès canadien du génie parasismique (CCGP 2019), Québec (Québec)
Du 17 au 20 juin 2019

Auteurs :
Genadijs Sagals, Nebojsa Orbovic et Thambiayah Nitheanandan
Commission canadienne de sûreté nucléaire

Résumé

La réaction silico–alcaline, un type de réaction alcali–granulat, est observée dans certaines structures en béton dans l’Est du Canada et des États-Unis. La Commission canadienne de sûreté nucléaire (CCSN) ne réglemente qu’une seule structure dont les murs sont affectés par la réaction silico-alcaline, soit la centrale nucléaire de Gentilly-2 (en cours de déclassement). La dilatation du béton causée par la réaction silico-alcaline entraîne la formation de fissures qui peuvent détériorer les propriétés mécaniques du béton. On doit évaluer l’effet de cette réaction sur les exigences structurales et la réponse sismique des bâtiments et des ancrages en béton.

La CCSN élabore actuellement un fondement d’exigences réglementaires en vue d’évaluer des structures en béton existantes soumises à des réactions alcali granulat ainsi que déterminer comment éviter cette pathologie dans les nouvelles constructions. Nous décrivons dans la présentation les recherches réalisées par la CCSN pour prédire le comportement d’un mur affecté par la réaction silico-alcaline soumis à des charges axiales et cycliques latérales constantes. Les travaux s’inscrivent dans le cadre du projet d’analyse comparative de l’évaluation des structures soumises aux pathologies du béton (ASCET) du Comité sur la sûreté des installations nucléaires (CSIN) / Agence pour l’énergie nucléaire (AEN) / Organisation de coopération et de développement économique (OCDE).

Nous décrivons dans le document l’utilisation du logiciel commercial d’éléments finis LS DYNA pour modéliser des murs en béton normal et en béton alcali-réactif. La modélisation adéquate du béton alcali-réactif nécessite l’utilisation de modèles mécanochimiques complexes de comportement qui ne sont pas inclus dans les suites de logiciels commerciaux d’éléments finis. Dans le cadre des travaux actuels, nous avons visé l’analyse de l’incidence d’une réaction silico-alcaline dans un modèle phénoménologique simple en substituant le gonflement du béton à la suite d’une réaction silico-alcaline par un gonflement thermique identique. Par conséquent, nous modélisons les contraintes exercées sur le béton par la dilatation produite par une réaction silico-alcaline comme des contraintes thermiques induites par une hausse de température de 1°C assortie d’un coefficient de dilatation thermique égal à la dilatation longitudinale du béton causée par une réaction silico-alcaline.

Une charge cyclique d’amplitude croissante a été appliquée à des murs normaux et alcali réactifs jusqu’à l’obtention d’une défaillance. Nous avons comparé les prédictions des éléments finis aux résultats d’essais de murs normaux et alcali-réactifs soumis à un vieillissement accéléré (240 jours pour les murs normaux et 260 jours pour les murs alcali réactifs). Les prédictions du modèle et les résultats des essais concordant bien, nous avons réalisé une analyse additionnelle avec des éléments finis pour prédire à l’aveugle le comportement des murs normaux de même que des murs alcali-réactifs après un vieillissement accéléré de 900 jours. Une fois les résultats de ces essais additionnels obtenus, nous avons comparé les prédictions des éléments finis à l’aveugle à ces résultats et avons constaté un accord raisonnable. Le modèle a été modifié afin de tenir compte des données réelles sur les matériaux obtenus lors d’essais additionnels. Ce modèle révisé a permis d’obtenir une bonne concordance des cinq essais : 240 et 975 jours de vieillissement pour les murs normaux ainsi que 260, 610 et 995 jours de vieillissement pour les murs en béton alcali-réactifs. Pour cette comparaison, nous avons pris en compte la capacité maximale de résistance au cisaillement, la ductilité, la dissipation de l’énergie, les types de fissures et les modes de défaillance.

Pour résumer, l’article intégral présente les résultats détaillés obtenus lors de l’analyse, ainsi que les leçons apprises de manière à énoncer des pratiques exemplaires pour l’analyse de l’effet des pathologies du béton sur les structures en béton armé.

Pour obtenir une copie du document associé au résumé, nous vous invitons à communiquer avec nous par courriel à cnsc.info.ccsn@cnsc-ccsn.gc.ca ou par téléphone au 613-995-5894 ou au 1 800 668-5284 (au Canada). Veuillez nous indiquer le titre et la date du résumé.