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Laboratoire Navier (Paris-Est)

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Most widely held works by Laboratoire Navier (Paris-Est)
Étude de la résistance et de la stabilité des tôles courbes cylindriques en acier : applications aux ouvrages d'art by Khanh Le Tran( )

1 edition published in 2012 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

The use of curved panels for the construction of steel bridges has become more and more popular due to structural performance, traffic and aesthetic requirements. Their design is however made difficult due to a lack of specifications, especially in European Standards. The use of finite element modeling is often necessary. This however requires very sophisticated and expensive models in terme of calculation times. The present study aims thus at developing a method for predicting the ultimate strength of cylindrical curved panels subjected to uniform axial compression. This method is based on the formal procedure recommended by Eurocode 3 for all types of stability verifications. The agreement with the numerical results is thus very good. However, this approach seems complex to reproduce in practice user when confronting a new problem such a combinaison of loading. An alternative method based on design of computer experiment is thus developed. Based on statistic notions, this turnkey methodology provides good results with the fewest simulations possible
Solutions analytiques en dynamique non-linéaire avec couplage fluide-structure by Romain Mege( )

1 edition published in 2013 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Avec la hausse des niveaux de dimensionnement sismique il est devenu nécessaire de limiter les chargements internes dans les structures, notamment en utilisant des dispositifs glissants. Ces dispositifs plafonnent les efforts internes en déclenchant un glissement de la structure. Il devient cependant nécessaire d'estimer l'amplitude des déplacements de corps rigide, notamment pour les structures stockées dans des réservoirs. Dans ce cas, il est nécessaire de prévenir les impacts entre la structure glissante et les bords du réservoir pour contrôler les risques de fuite. Parmi les structures glissantes immergées, on citera les ponts, les structures côtières en maçonnerie, les râteliers de stockage de combustible nucléaire, etc...Les équations de dynamique associées au comportement de ces structures sont non-linéaires et nécessitent l'utilisation de simulations numériques coûteuses en temps de calcul et ne permettant pas de faire des études de sensibilité rapides. On propose donc une méthode de résolution quasi-analytique de ces équations en traitant dans un premier temps, l'évaluation analytique des matrices de masses ajoutées du couplage fluide-structure, dans un second temps, une méthode de résolution quasi-analytique du glissement d'une structure quelconque immergée dans un fluide avec une actualisation de la géométrie de lames d'eau. Les résultats obtenus présentent une bonne adéquation avec des simulations numériques et offrent un temps de calcul quasiment instantané compatible avec une étude paramétrique ou stochastique de ces structures
Rhéologie des matériaux granulaires non saturés by Michel Badetti( )

1 edition published in 2017 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

With this doctoral research, we report on the solid and liquid-like mechanical behaviors of wet granular materials, which exhibit viscous and capillary effects. Such systems, standing between dry and immersed granular materials, are studied both in experiments and discrete numerical simulations, from the microstructural aspects to the mechanical behavior. We therefore adopt a multiscale approach whose purposes are to understand the origins and roles of capillary and viscous effects in constitutive laws and to include a microstructural description within these laws. We are interested in the simple bridge model for the illustration of viscous and capillary effects in the case of quasistatic and inertial flows, where the confining forces, the Coulomb friction and the liquid quantity can vary. To answer such questions, this thesis is articulated around the 3 following topics :- A study based on macroscopic rheological experiments with a simple model material (monodisperse polystyrene beads, wetted with a Newtonian silicon oil) which enables us to distinguish the flow regimes and to characterize the influence of cohesive effects. The experimental framework allows for long time shearing experiments, where the materials can reach their steady state behavior. Alike dry systems, wet granular materials still exhibit a quasistatic and an inertial regime with increasing flow velocity. We show the noticeable influence of capillary effects which strongly increases the shear resistance and reduces the materials density.- X-ray microtomographic experiments enabling the microstructural study of static samples. We witness a good homogeneity of our samples whether slightly or strongly saturated. A non-negligible number of very complex capillary bonds were detected, which stresses, when compared with macroscopic rheological results, their lack of influence on the flow properties. This result is very noticeable as it demonstrates the ability of the simple bridge model to illustrate the behavior of materials which would not be included a priori within its reach.- Discrete numerical simulations allowing us to strongly improve the range of the parameters of the study, especially in the case of material characteristics such as Coulomb friction. The micromechanical study emerging from simulations, allows us to analyze anisotropy, coordination and capillary stresses questions. We underline the great importance of long-range capillary interactions when using an effective stress model. The limits of such model, usually adopted to describe the behavior in the quasistatic regime, are also tested and debated in the inertial regime. The good agreement between numerical and experimental results enabled us to validate and calibrate a numerical model which, in return, offered a reliable analysis of microstructural effects for the understanding of the mechanical behavior and for the transition from the microscopic to the macroscopic scale
Méthodes numériques pour le calcul à la rupture des structures de génie civil by Jérémy Bleyer( )

1 edition published in 2015 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

This work aims at developping efficient numerical tools for a more rational and less empirical assessment of civil engineering structures yield design. As opposed to traditionnal methodologies relying on combinations of elastic computations, safety coefficients and local checking of critical members, the yield design theory seems to be a very promising tool for a more rigourous evaluation of structural safety. Lower bound static and upper bound kinematic approaches of the yield design theory are performed numerically using dedicated finite elements for plates in bending and shells in membrane-bending interaction. Corresponding optimization problems are then solved using very efficient conic programming solvers. The proposed tools are also extended to the framework of periodic homogenization in yield design, which enables to tackle the case of strong material heterogeneities. Numerical procedures are specifically tailored to compute equivalent homogeneous strength criteria and to use them, in a second step, in a computation at the structural level. Finally, the potentialities of the yield design approach are illustrated on two complex engineering problems : the stability assessment of high-rise reinforced concrete panels in fire conditions and the computation of the Paris-Austerlitz railway station canopy
Modélisation des murs en maçonnerie sous sollicitations sismiques by Michele Godio( )

1 edition published in 2015 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Developed. The method is based on the two-dimensional micropolar continuum theory and makes use of the kinematic approach of limit analysis in conjunction with a rigorous homogenization technique. The method is introduced in a general way, with regard to the genericclass of discrete periodic media made of particles of the same type. The case of masonry is presented as application. The homogenised strength domains of masonry columns and walls are retrieved in terms of the generalized stresses and couple stresses of the Cosserat continuum. The formulation of the method based on the Cosserat continuum enables the investigation of the influence of the relative rotation of the particles on the strength of the discrete medium. This influence is illustrated by the application to masonry structures, in comparison with other methods presented in the literature. The development of the homogenisation method continues with its extension to discrete periodic media made of particles disposed along three directions and showing three periodicity vectors. In this case, the approach relies on the three-dimensional micropolar theory. This enables to capture the three-dimensional effect of the relative translations and rotations of the particles constituting the discrete medium. The application to masonry columns and walls shows how the in-plane and out-of-plane actions result coupled in the assessment of masonry strength. The relative rotation of the blocks accentuates this effect, which consistently diminishes the in-plane strength. Masonry walls are finally ascribed to homogenised plates with Cosserat kinematics. A finite element formulation for Cosserat plate models is next developed. The formulation is first presented for elasticity and dynamics. The validation of a specific finite element is made by means of numerical benchmarks and patch tests. The actual use of the element is presented in an application to masonry structures. The natural frequencies of a masonry panel modelled by discrete elements are computed and compared with those given by a homogenisation model implemented in the element. This allows to investigate the role of the in-plane rotations of the blocks and to show their implication towards seismic analyses of masonry structures. The finite element formulation is next extended to the elastoplastic framework. The implementation of the multisurface plasticity theory into the Cosserat finite element is presented. The implementation of this theory is based on a projection algorithm. An important limitation of the classical implementation of this algorithm prevents its use in the framework of multisurface plasticity in efficient way. This limitation is discussed and a solution strategy is proposed. The finite element for Cosserat plate models is finally validated through numerous numerical benchmarks. In conclusion, three different modelling approaches for masonry are proposed and comviipared. A continuum model based on the Cosserat continuum is first presented. The model isconstructed by implementing the homogenised yield criteria computed based on the proposed analytical method into the developed finite element. A homogenisation model based on Cauchy continuum is next introduced. This model is constructed by selecting appropriate constitutive laws and yield criteria from the literature. The performance of those homogenisation models in representing the elastoplastic response of a masonry panel is discussed, based on the comparison with a third analogue discrete elements model. The capability of the three models in predicting the scale effect in the formation of failure mechanisms is investigated in a practical application to masonry structures
Stabilité des mousses de ciment : lien avec les propriétés rhéologiques de la pâte de ciment by Blandine Feneuil( )

1 edition published in 2018 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Les mousses de ciment présentent d'intéressantes propriétés : une faible densité, une faible consommation de matière première et une bonne résistance thermique. Certaines propriétés finales de la mousse dépendent de sa morphologie. Pour mieux comprendre cette dépendance, on veut créer des échantillons de mousse de ciment avec une structure bien contrôlée. On crée des échantillons de mousses de ciment composés de bulles de même taille, en choisissant la quantité d'air, de ciment, d'eau et de tensioactif. Pour ce faire, on mélange d'une part une mousse aqueuse de morphologie contrôlée, stabilisée par des tensioactifs, et d'autre part une pâte de ciment. Le but de cette thèse est d'étudier comment conserver cette structure jusqu'à la prise du ciment. Tout d'abord, nous étudions d'interaction entre tensioactifs et pâte de ciment. Certains tensioactifs ne sont pas compatibles avec la solution alcaline présente dans la pâte de ciment et ne permettent pas de produire une mousse dans ces conditions. Parmi les tensioactifs compatibles avec la solution interstitielle de ciment, certains s'adsorbent sur les grains de ciment. Cette adsorption change les interactions entre grains de ciment et par conséquent, la contrainte seuil de la pâte. A faible concentration en tensioactif, la monocouche de molécules adsorbée rend les grains de ciment hydrophobes, ce qui produit une attraction hydrophobe entre grains et une augmentation de la contrainte seuil de la pâte. A forte concentration en tensioactif, les micelles adsorbées engendrent une répulsion stérique entre les grains de ciment et une chute de la contrainte seuil. Dans un deuxième temps, nous étudions l'effet des bulles d'air sur la contrainte seuil d'une pâte de ciment aérée, lorsque celle-ci contient moins de 40% d'air. Les mesures sont normalisées par la contrainte seuil de la pâte interstitielle afin d'être comparées à la littérature. Lorsque le tensioactif utilisé s'adorbe peu sur les grains de ciment, les résultats sont semblables à ceux de la littérature obtenus sur des fluides à seuil modèles. En revanche, lorsque le tensioactif utilisé a une grande affinité avec les grains de ciment, la contrainte seuil normalisée est bien au-dessus des prédictions. Notre hypothèse pour expliquer ce résultat est une modification des propriétés de surface des bulles à cause de l'adsorption des grains de ciment rendus partiellement hydrophobes par le tensioactif. Ensuite, nous nous focalisons sur la stabilité des mousses de ciment avant la prise, pour une fraction d'air de 83%. On s'intéresse tout d'abord à trois séries de mesures, en gardant pour chacune le rapport eau-sur-ciment et la taille des bulles constante. Pour chacune des trois séries, seule la contrainte seuil de la pâte de ciment est changée par l'addition de superplastifiant ou d'une grande quantité de tensioactif anionique. On obtient alors un résultat inattendu : la meilleure stabilité est observée pour des tailles de bulles relativement faibles. La comparaison avec les mesures des propriétés rhéologiques de la mousse fait penser que la bonne stabilité aux faibles contraintes seuil est due à la réorganisation des grains de ciment en un réseau granulaire plus dense. Pour aller plus loin sur l'étude de la stabilité des mousses, nous avons ensuite fait varier la taille des bulles, la rapport eau-sur-ciment et la quantité de tensioactif. Nous avons pu définir un critère de stabilité pour l'ensemble de ces mousses qui dépend de la contrainte seuil interstitielle de la pâte de ciment confinée par les bulles et de la taille des bulles. Pour finir, nous mesurons la résistance en compression de mousses de ciment et leur vitesse d'imbibition afin de corréler ces propriétés à leur structure
Contribution à l'étude du phénomène d'oscillation argumentaire by Daniel Cintra( )

1 edition published in 2017 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Contribution à l'étude du phénomène d'oscillation argumentaire. L'oscillateur argumentaire a un mouvement stable périodique, à une fréquence proche de sa fréquence fondamentale, lorsqu'il est soumis à une excitation provenant d'une source de type harmonique, à une fréquence qui est un multiple de ladite fréquence fondamentale, et agissant de manière telle que son interaction avec le système dépende des coordonnées d'espace du système. La présente thèse étudie quelques systèmes argumentaires et essaie de mettre en évidence des relations symboliques entre les paramètres de ces systèmes et leur comportement observé ou calculé. C'est la représentation de Van der Pol qui a été utilisée la plupart du temps pour représenter l'état du système, car elle est bien adaptée à la méthode de centrage, où l'on cherche une solution sous forme d'un signal de type sinusoïdal, d'amplitude et de phase lentement variables. L'originalité de la présente thèse vis-à-vis des publications antérieures est dans la modélisation, plus proche des systèmes physiques réels, dans les développements symboliques qui donnent des représentations inédites, dans le mode de réalisation des expériences, qui utilisent toutes une visualisation de Van der Pol en temps réel, et dans l'objet de l'expérience de la poutre excitée axialement de manière argumentaire. Au cours de cette thèse, des systèmes simples à un DDL ont été modélisés, construits et expérimentés. Des relations symboliques, notamment concernant les probabilités de capture par des attracteurs, ainsi que des critères de stabilité et une solution symbolique approchée, ont été mis en évidence. Un système continu constitué d'une poutre élancée excitée axialement a ensuite été modélisé à l'aide de deux modèles et expérimenté ; toujours dans le domaine symbolique, des propriétés ont été étudiées, notamment concernant des combinaisons de plages de paramètres permettant au phénomène argumentaire d'exister
Stéréotomie et vision artificielle pour la construction robotisée de structures maçonnées complexes by Vianney Loing( )

1 edition published in 2019 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

The context of this thesis work is the development of robotics in the construction industry. We explore the robotic construction of complex masonry structures with the help of computer vision. Construction without the use of formwork is an important issue in relation to both productivity on a construction site and the amount of waste generated. To this end, we study topological interlocking masonries and the possibilities they present. The design of this kind of masonry is standard for planar structures. We generalize it to the design of curved structures in a parametrical way, using PQ meshes and the softwares Rhinoceros 3D and Grasshopper. To achieve this, we introduce a set of inequalities to respect in order to have a topological interlocked structure. These inequalities allow us to present a new result. Namely, it is possible to have an assembly of blocks in which each block is interlocked in translation, while having a subset -- composed of several of these blocks -- that is not interlocked. We also present a prototype of topological interlocking masonry. Its design is based on variable inclination joints, allowing construction without formwork. In parallel, we are studying robust computer vision for unstructured environments like construction sites, in which sensors are vulnerable to dust or could be accidentally jostled. The goal is to estimate the relative pose (position + orientation) of a masonry block with respect to a robot, using only cheap cameras without the need for calibration. Our approach relies on a classification Convolutional Neural Network trained using hundreds of thousands of synthetically rendered scenes with a robot and a block, and randomized parameters such as block dimensions and poses, light, textures, etc, so that the robot can learn to locate the block without being influenced by the environment. The generation of these images is performed with Unreal Engine 4. This method allows us to estimate a block pose very accurately, with only millimetric errors, without using a single real image for training. This is a strong advantage since acquiring representative training data is a long and expensive process. We also built a new rich dataset of real robot images (about 12,000 images) with accurately localized blocks so that we can evaluate our approach and compare it to alternative approaches. A real demonstrator, including a ABB IRB 120 robot, cuboid blocks and three webcams was set up to prove the feasibility of the method
Rhéologie des suspensions non newtoniennes by Thai Son Vu( )

1 edition published in 2010 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

In this work, we aimed to predict the rheological properties of suspensions of particles in non-Newtonian fluids. We first studied experimentally the rheological behaviour of bidisperse suspensions of non colloidal particles and non-Brownian immersed in a yield stress fluid in situations where interactions between particles are hydrodynamic (mechanical). We showed that the influence of the polydispersity on the elastic modulus and yield stress of the suspension could be described using a packing model developed for dry granular materials.Two simple closed form estimates for both the elastic modulus and the yield stress of non-Newtonian polydisperse suspension as a function of the characteristics of the constituents were proposed and validated. This study was then extended in a micromechanical analytical framework to predict the macroscopic characteristics of suspensions containing highly concentration of particles with different size. Our ne w model, called a "Morphologically Representative Pattern - Based Approach" (MRP-based approach), successfully predicts the behaviour of such materials by taking into account some geometrical parameters such as the particle size distribution or the distance between the nearest-neighbour particles. This model has been validated by a comparison with the experimental data in the literature. We then showed that the MRP-based approach also allowed describing the evolution of complex modules of a thixotropic material undergoing a liquid-solid transition due to the growth and the percolation of an attractive particle network. In the last part of this work, we studied experimentally the influence of the flow history on the structure of a thixotropic colloidal suspension
Simulation numérique du comportement mécanique non linéaire de gridshells composés de poutres élancées en matériaux composites et de sections quelconques by Frédéric Tayeb( )

1 edition published in 2015 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

The structures like gridshells are structures made of a plane regular grid which is elastically deformed and then stiffened in the wished configuration. The composite materials gridshells have been developed and studied for several years at Navier laboratory. The thesis offer a feedback, through a history of Navier realisations. It also precise the points to improve, in numerical simulation or about materials or technological aspects. Then, the thesis explains the new numerical developments that make possible the ultimate analysis of the structure, taking account the ruptures of beams (robustness), and that makes possible the consideration of the torsion in anisotropic beams, that is to say beams with any cross-section. In the first chapter the context of the work is presented. This chapter explains how the Navier laboratory designs and builds gridshells. In particular, the numerical method historically used - the dynamic relaxation method - is presented. The second chapter presents the gridshell realisations of the Navier laboratory. Several prototypes have been built during the past ten years. The two last ones, the Solidays gridshell and the Ephemeral Cathedral of Creteil, have been designed to shelter public. The important choices during design and fabrication are detailed with an accent on technological progresses and feedbacks. The third chapter deals with the behaviour of composite materials gridhsells. The approach was to investigate the behaviour of the gridshell to understand the processes of damage. It is shown that buckling is particularly dangerous for the gridshell. The results of the study shows that when the gridshell has been well designed and in particular if buckling is avoided, the gridshell behave in a robust manner, thanks to its redundancy. Finally the last chapter deals with a new beam model, able to take into account torsion, for beams with any section. In the previous chapters it was underlined that the consideration of torsion aspects was lacking and has various consequences - incorrect estimation of stress, ignorance of forces and moments in connections, imprecision in geometry. In this chapter, the model of beams used is a four degrees of freedom model, similar to the ones presented by Basile Audoly and Ethan Grinspun. The numerical simulation, performed once again thanks to a dynamic relaxation algorithm, is able to provide equilibrium configurations of highly reticulated structures as gridshells. One of the particularity of this work is the fact that the model is a continuous model, only discretized for numerical simulations. The external forces and moments can be implemented. For beams with rectangular cross-section, the results of the model are compared to finite element modelling simulations. The results are satisfying in term of accuracy and computational time. Finally the numerical method is applied to structures made of interconnected beams. The connections are modelled and the efforts through them are provided by the model. This provides important information about how to design the connections. Thanks to these work it become possible to use the large possibility of shapes offered by slender beams whose flexural inertias are different
Étude de l'effet de la taille d'agrégats sur la raideur des sols fins traités à la chaux et/ou au ciment : des conditions de laboratoire aux conditions in situ by Jucai Dong( )

1 edition published in 2013 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Soil treatment is a well known earthwork technique which has been widely used in constructions of railway and highway substructures. It can improve the workability of soils by lowering their water contents and improve the hydro-mechanical performance by reinforcing and binding the soil grains/aggregates. However, the durability of the treated soils is still an open question. It constitutes the main objective of the ANR project TerDOUEST (Terrassements Durables - Ouvrages en Sols Traités, 2008 - 2012).The present study is part of the works in TerDOUEST project, and deals with the aggregate size effect on the stiffness (Gmax) development of lime and/or cement treated fine-grained soils from Héricourt using bender element technique. In the laboratory conditions, four aggregates sizes were accounted for (Dmax = 0.4, 1, 2 and 5 mm). To prepare an aggregate size, the soils were first air-dried, crushed and sieved through a target sieve. The soils were then brought to a desired water content, mixed with additive (lime and/or cement) and compacted both dry and wet of optimum of normal Proctor by keeping the same dry density. The Gmax measurements were performed during curing and during application of wetting/drying cycles. In field conditions that refer to the experimental embankment in Héricourt, the aggregates size is significantly larger: Dmax = 20 mm and 31.5 mm for the silt and the clay, respectively. Cores samples were taken from the embankment at two different times and the Gmax measurements on core specimens were performed. The results show that the hydromechanical behaviour of the cementitious treated soils is strongly influenced by the aggregates size for the treated silt and clay prepared in both laboratory and field conditions: the larger the aggregates, the lower the Gmax and the resistance to wetting/drying cycles. The high heterogeneity of the in-situ soils was also clearly identified. A hyperbolic model was developed enabling up-scaling the results in laboratory conditions to those in field conditions by considering the effect of aggregate size. Comparison between the model predictions and experimental measurements shows the performance of the model proposed, provided that the mean values of experimental data are used to minimize the effect of soil heterogeneity
Effect of finite temperatures on the elementary mechanisms of plastic deformation in amorphous materials by Joyjit Chattoraj( )

1 edition published in 2011 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Par la mise en œuvre de simulations numériques d'un modèle bidimensionnel de verre de Lennard-Jones, nous étudions l'effet de la température sur les mécanismes élémentaires de la déformation dans les matériaux amorphes. Nous présentons un ensemble très complet de données couvrant plusieurs décades de taux de cisaillement à différentes températures en dessous et jusqu'à la transition vitreuse. Les mesures, qui portent sur la diffusion transverse, la contrainte macroscopique ainsi que sur des champs mésoscopiques (déformation, contrainte) et leurs corrélations spatiales, conduisent à proposer que la dynamique des avalanches identifiée précédemment dans les simulations athermiques continue d'être à l'œuvre - en restant presque inchangée - jusqu'à la transition vitreuse. Nous arguons que dans la gamme de paramètres utilisée l'effet des fluctuations thermiques revient à déplacer les seuils auxquels les événements dissipatifs se produisent, ce qui se traduit par une forte baisse du niveau de contrainte macroscopique aux températures les plus basses
Nouveaux modèles d'éléments finis de poutres enrichies by Mohammed Khalil Ferradi( )

1 edition published in 2015 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

The available classical beam elements (such as Euler-Bernoulli, Timoshenko, Vlassov...), are all based on some hypothesis, that have the effect of defining the kinematic of the beam. This is equivalent to reducing a model with an infinity of d.o.f., to a model with a finite d.o.f.. Thus, for arbitrary loadings, the beam will always deform according to the adopted kinematics. The objective of this thesis, is to completely overcome all the hypothesis behind the classical beam models, to develop a new higher order beam model, able to represent precisely the global and local deformations. This kind of element will also allow the derivation of the transversal bending of the beam, to capture the local effects due to anchor or prestressing cables, or to treat the shear lag phenomenon in large width spans. After a brief review of some classical beam theories, we will develop in the two first articles a new method to obtain a basis for the transverse deformation and warping modes. The method is based on an eigenvalue analysis of a mechanical model of the cross section, to obtain the transverse deformation modes basis, and an iterative equilibrium scheme, to obtain the warping modes basis. The kinematic being defined, the virtual work principle will be used to derive the equilibrium equations of the beam, then the stiffness matrix will be assembled from their analytical solution. In the third article, a new method is proposed for the derivation of a more appropriate kinematic, where the transverse deformation and warping modes are obtained in function of the external loadings. The method is based on the application of the asymptotic expansion method to the strong form of the equilibrium equations describing the beam equilibrium
Etude du renforcement / confortement des ouvrages de protection contre les inondations et l'érosion interne by Radja Elandaloussi( )

1 edition published in 2015 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

La construction d'un ouvrage hydraulique commence par le choix des matériaux devant le constituer. Les sols employés pour la construction d'ouvrages hydrauliques en terre peuvent être constitués de matériaux perméables tels que les sables ou les graves ou de matériaux peu perméables tels que les argiles ou les limons. En fonction de la disponibilité des matériaux à proximité du chantier, il est alors possible d'opter pour différents types d'ouvrages (ouvrages homogènes, à noyau ou zonés). Dans tous les cas, le coût d'un ouvrage tel qu'une digue est d'autant moins élevé que les sols utilisés pour sa construction sont issus de zones proches du chantier. Lorsque des sols sont disponibles en quantité suffisante à proximité du chantier mais que leur utilisation soit risquée pour la stabilité de l'ouvrage, il peut être opportun de chercher à modifier leurs caractéristiques pour qu'ils puissent être utilisés dans les mêmes conditions de sécurité que les matériaux traditionnels. C'est autour de cette problématique que ce travail de thèse a vu le jour. En particulier, ce travail vise à étudier les améliorations apportées par un traitement à la chaux appliqué sur un sol grossier soumis à un écoulement interne afin de le stabiliser contre le phénomène de l'érosion interne. La compréhension des améliorations apportées a nécessité la mise en place d'une analyse multicritère au travers d'essais dédiées. Dans la première partie de la thèse, nous nous sommes employés à développer un dispositif d'essais permettant de réaliser des essais d'érosion interne sur ce type de sol. Ce dispositif nous a permis de réaliser une étude phénoménologique sur le comportement du sol considéré, soumis à des écoulements, en fonction du sens de l'écoulement et de l'application ou pas du traitement. Par la suite une étude paramétrique a été réalisée afin de mettre en évidence l'influence des paramètres principaux : dosage de traitement, temps de cure, hauteur de l'éprouvette et surcharge. Dans une seconde partie, nous nous sommes intéressés à l'influence de l'immersion des échantillons dans l'eau sur leur stabilité. A cet effet, l'essai de dispersion, adapté à ce type de sol, a pu être utilisé et exploité. Des essais complémentaires de résistance à la compression simple ont été réalisés afin d'estimer la perte de résistance après immersion. Ce qui nous a poussés à examiner l'existence de corrélations entre les propriétés à l'érosion et les propriétés mécaniques du sol traité
Impact de la température sur les propriétés mécaniques et acoustiques des roches concernées par la production en SAGD, lors de l'injection de vapeur dans les réservoirs d'huile lourde by Dinh Hong Doan( )

1 edition published in 2011 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

L'injection de vapeur lors de la production des bruts lourds par SAGD soumet les roches réservoirs (sables bitumineux non consolidés ou faiblement consolidés) à une élévation de température (jusqu'à 280°C). L'apport de fluide chaud augmente la pression de pore, dilate le squelette rocheux et le fluide interstitiel, ce qui modifie le champ de contrainte in situ. Le travail de thèse, à forte connotation expérimentale, vise à contribuer à la caractérisation mécanique et acoustique des réservoirs bitumineux sous différentes conditions de température, de contrainte et de saturation. Les travaux ont été effectués sur des échantillons de sables bitumineux Canadiens, mais également sur un matériau modèle, un sable reconstitué artificiellement cimenté. Plusieurs techniques expérimentales ont été mises en œuvre pour caractériser les matériaux utilisés : tomographie RX, microtomographie RX, cryomicroscopie, RMN, etc. Des essais ont ensuite été effectués dans une cellule oedométrique, une cellule pétroacoustique et également dans une cellule triaxiale dite haute température qui a été développée dans le cadre de cette thèse.Les divers essais de chargement mécanique et thermique dans cette thèse ont permis d'enrichir les connaissances sur le comportement thermo-hydro-mécanique des sables bitumineux ainsi que celui des sables reconstitués. Les paramètres investigués ont été la dilatation thermique, la compressibilité sous chargement oedométrique et triaxial isotrope et la résistance au cisaillement. Les différentes mesures des propriétés acoustiques (vitesses Vp et Vs, atténuations et modules dynamiques) effectués sur les sables naturels et reconstitués ont montré l'importance des propriétés des fluides saturants, principalement de leur viscosité. Le bitume est un fluide viscoélastique avec une viscosité qui varie avec l'élévation de la température. Aux températures in situ, il se comporte comme un solide avec un module de cisaillement. L'approche théorique de Ciz et Shapiro (2007), permet de prendre en compte ce module de cisaillement du fluide visqueux et généralise l'équation de Biot Gassmann. Son utilisation a été validée sur nos essais. La modélisation prend en compte les aspect dispersifs et permet d'extrapoler aux fréquences sismiques des résultats acquis en laboratoire avec des fréquences ultrasonores. Les vitesses Vp et Vs diminuent avec le passage de la chambre de vapeur. Les variations sont faibles mais peuvent être identifiées par la sismique 4D
Comportement hydromécanique d'un loess naturel by José Muñoz-Castelblanco( )

1 edition published in 2011 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

The hydromechanical behaviour of an unsaturated natural loess from Northern France has been studied. Collapse-on-wetting phenomena under constant external load are observed in the in-situ conditions, related to some stability problems detected on the loess foundations of the high speed train line that links Paris to Brussels. A new triaxial apparatus with complete local monitoring of unsaturated properties (strains, water content and suction) of this loess has been developed. The water retention curve of loess, obtained by using an in-house constructed high capacity tensiometer and the filter paper method, shows a special behaviour, with a non-hysteresis zone detected around the natural hydric state bordered by two hysteresis loops at the dry and wet sides of the curve. Further analysis of the water retention curve and of the hysteresis phenomena were conducted by means of a microstructure study made by mercury intrusion porosimetry and scanning electron microscope observations. The complex structure of loess is highlighted, composed by a metastable arrangement of dry silt grains (possibly related to carbonate re-crystallisation) and a heterogeneously distributed clay fraction. The hydromechanical behaviour study includes the evaluation of the collapse sensibility of loess at stress states close to the in-situ one, by a series of suction-monitored oedometer tests performed at different constant strain rates (CSR tests). A maximum of collapse and a time-dependent behaviour of loess were observed. A triaxial testing programme at different water contents with suction measurement, allowed to obtain the yield surface of loess in a q/p diagram, and the water content and suction evolution upon loading and to confirm the suction hardening in this material
Développement d'un modèle d'interface acier-béton à haute température : modélisation des structures en béton exposées au feu by Nhu Cuong Tran( )

1 edition published in 2011 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Behaviour of reinforced concrete and prestressed concrete structures subjected to fire is an important research theme in civil engineering. Actually, steel-concrete interface behaviour at high temperature and nonlinear thermomechanical simulation of concrete structures are obstacles we need to solve. These obstacles are the subject of this thesis. After doing a summary of all studies concerning the steel-concrete interface, a behaviour model of the interface at high temperature has been developed and a numerical integration method of this model has also been proposed. Subsequently, non linear material models for simulating concrete have been analyzed. Finally, methodologies of modeling thermal transfer and mechanical behaviour of structures have been proposed and validated through simulations of experimental tests
Modeling of bending-torsion couplings in active-bending structures : application to the design of elastic gridshells by Lionel Du Peloux De Saint Romain( )

1 edition published in 2017 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Les structures de type gridshell élastique permettent de réaliser des enveloppes courbes par la déformation réversible d'une grille structurelle régulière initialement plane. Cette capacité à “former la forme” de façon efficiente prend tout son sens dans le contexte actuel où, d'une part la forme s'impose comme une composante prédominante de l'architecture moderne, et d'autre partl'enveloppe s'affirme comme le lieu névralgique de la performance des bâtiments. Fruit des recherches de l'architecte et ingénieur allemand Frei Otto dans les années 1960, elles ont été rendues populaires par la construction de la Multihalle de Mannheim en 1975. Cependant, en dépit de leur potentiel, très peu de projets de ce type ont vu le jour suite à cette réalisation emblématique qui en a pourtant démontré la faisabilité à grande échelle. Et pour cause, les moyens engagés à l'époque ne sauraient assurer la reproductibilité de cette expérience dans un contexte plus classique de projet, notamment sur le plan économique. Par ailleurs, les techniques et les méthodes développées alors sont pour la plus part tombées en désuétude ou reposent sur des disciplines scientifiques qui ont considérablement évoluées. Des matériaux nouveaux, composites, ont vu le jour. Ils repoussent les limitations intrinsèques des matériaux usuels tel que le bois et offrent des performances techniques bien plus intéressantes pour ce type d'application. Enfin, notons que le cadre réglementaire a lui aussi profondément muté, apportant une certaine rigidité vis-à-vis de la pénétration des innovations. Ainsi la conception des gridshells se pose-t-elle en des termes nouveaux aux architectes et ingénieurs actuels et se heurte à l'inadéquation des outils et méthodes existant. Dans cette thèse, qui marque une étape importante dans une aventure de recherche personnelle initiée en 2010, nous tentons d'embrasser la question de la conception des gridshells élastiques dans toute sa complexité, en abordant aussi bien les aspects théoriques que techniques et constructifs. Dans une première partie, nous livrons une revue approfondie de cette thématique et nous présentons de façon détaillée l'une de nos principales réalisation, la cathédrale éphémère de Créteil, construite en 2013 et toujours en service. Dans une seconde partie, nous développons un élément de poutre discret original avec un nombre minimal de degrés de liberté adapté à la modélisation de la flexion et de la torsion dans les gridshells constitués de poutres de section anisotrope. Enrichi d'un noeud fantôme, il permet de modéliser plus finement les phénomènes physiques au niveau des connexions et des appuis. Son implémentation numérique est présentée et validée sur quelques cas tests. Bien que cet élément ait été développé spécifiquement pour l'étude des gridshells élastiques, il pourra avantageusement être utilisé dans tout type de problème où la nécessité d'un calcul interactif avec des tiges élastiques prenant en compte les couplages flexion-torsion s'avère nécessaire
Impact de la répartition et des transferts d'eau sur les propriétés des matériaux de construction à base de chaux formulées by Marine Fourmentin( )

1 edition published in 2015 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Le béton de chanvre est obtenu par le mélange d'un granulat végétal, constitué de bois de chanvre, et d'un liant. Il confère au mur de bonnes propriétés d'isolation thermique et acoustique, ainsi qu'une régulation de l'humidité. Cependant, des problèmes de non-prise, qui semblent fortement liés aux transferts d'eau dans le béton au cours des premières heures, peuvent parfois se produire. La RMN permet de quantifier l'eau dans le chanvre et dans le liant et donc de décrire et comprendre les transferts au cours de la prise. Nous montrons d'abord que, dans le liant constitué d'un mélange de chaux hydraté et de ciment, la chaux accélère la prise du ciment. Cette prise est d'autant plus inhibée que la quantité de chanvre au contact du ciment est importante. Nous montrons également que l'absorption d'eau par le granulat de chanvre s'étale sur trois jours, et qu'elle se produit en deux phases successives correspondant à l'imprégnation de deux zones du chanvre. L'étude des transferts dans le béton pendant la prise révèle une absorption d'eau rapide par le chanvre initialement, puis un transfert vers le liant. L'étude d'un béton de chanvre "modèle" nous permet d'associer ce transfert au retrait chimique du ciment au cours de la prise
Caractérisation expérimentale et modélisation micro-mécanique de la perméabilité et la résistance de roches argileuses by François Bignonnet( )

1 edition published in 2014 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

This thesis is focused on the strength, plasticity and transport properties of mudrocks. Two industrial applications are the shale gas production and the underground gas or waste storage. In a first part, the permeability is described as resulting from the homogenisation of the flow of a Newtonian fluid within the pore space. A Hashin-Shtrikman like framework is derived for the permeability upscaling and used to propose a FFT-based numerical method for the efficient computation of bounds on the permeability, directly compatible with a voxelised representation of the pore space. As an alternative, analytic homogenisation techniques based on the definition of equivalent permeable cells are developed to provide building blocks for the micro-mechanical modelling of permeability. The gas slip at pore walls is accounted for to model Klinkenberg effects for gas permeability. Partial water saturation is also considered to model relative gas permeability and gas breakthrough pressure. In the mean time, a thorough experimental investigation of the evolution of porosity and permeability with confining pressure and partial water saturation has been carried out on several types of mudrocks. In a second part, the ductile strength properties is studied. An efficient FFT-based numerical method is proposed to compute the homogenised strength domain of heterogeneous media with complex micro-structures. Next, a three-scale analytic model of the strength of a granular media reinforced by rigid inclusions with imperfect interfaces is presented. In a third part, this strength model is re-interpreted in plasticity to propose a purely micro-mechanical model, whose macroscopic interpretation is similar to the Cam-clay model, including hardening or softening due to an evolving porosity and a critical state line
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Institut Navier

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UMR Navier

Université Paris-Est. Unité de recherche Navier

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