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Laboratoire de Génie Civil [Civil Engineering] (BATir - LGC)
Faculté des Sciences appliquées - école polytechnique / Brussels School of Engineering (Faculty of Applied Sciences) - Construction et Architecture (unité ULB375)

Laboratoire ''Matériaux et Structures'' [''Materials and Structures'' laboratory]



coordonnées / contact details


Laboratoire de Génie Civil [Civil Engineering]
tel +32-2-650.27.24, fax +32-2-650.27.82, bespion@ulb.ac.be
http://www.ulb.ac.be/polytech/sgc/
Campus du Solbosch, Bâtiment C, Niveau 3, Local C-3-221
CP194/04, avenue F.D. Roosevelt 50, 1050 Bruxelles

Pour en savoir plus, consultez le site web de l'unité.



responsables / head


Prof. Bernard ESPION Prof. Stéphanie STAQUET


composition / members


Polyka BUN Rachid CORTAS Simon CROEGAERT Aveline DARQUENNES Muhammed Irfan Ahmad KHOKHAR Olivier LECLERCQ Thibault LENORMAND Tien Quang N'GUYEN Gilles VANHOOREN


projets / projects


Comportement au jeune âge des bétons avec ciment au laitier de haut fourneau [Early age behaviour of slag cement concretes]
Etude de la susceptibilité à la fissuration au jeune âge des bétons avec ciment au laitier de haut fourneau [Study of the risk of early age cracking of slag cement concretes]

Fatigue des Bétons à très hautes performances [Fatigue of very high strength concretes]
Etude de la résistance en fatigue en compression des bétons à hautes et très hautes performances pour ouvrages d'art [Study of the fatigue in compresion of high and very high performances concretes used in bridge structures]

Colonnes Mixtes Acier-Béton [Steel-Concrete Composite Columns]
Evaluation expérimentale et simulation numérique du comportement jusqu'à rupture de colonnes mixtes acier béton. Les colonnes sont composées extérieurement d'un tube et renforcées intérieurement par un profilé ou un tube. Etant donné le peu d'espace disponible pour sa mise en oeuvre, le béton est de type auto-plaçant. [Experimental analysis and numerical modelling up to failure of steel-concrete composite columns. The columns consist of a steel tube filled with concrete and reinforced with a steel stanchion or a steel tube. The concrete is a self compacting concrete.]

Histoire de l'Art de Bâtir [Construction History]
Contributions au sujet, particulièrement en rapport avec le développement des formes structurelles [Contributions to the field, and especially the development of structural forms]

Comportement au jeune âge de bétons formulés avec des polyadditions minérales [Early-age behaviour of concrete containing mineral additions]
Un des ingrédients clé intervenant dans la composition des bétons, à savoir le clinker, est responsable pour une large part de l'émission de CO2 rejeté dans l'atmosphère. Or, celui-ci peut être substitué partiellement par des additions minérales : des fillers calcaires, des cendres volantes et du laitier granulé de haut-fourneau, qui sont des coproduits de diverses industries. Outre l'économie d'énergie et la préservation des ressources naturelles par la valorisation des coproduits qu'ils permettent, les additions minérales apportent des avantages techniques notamment en termes de maniabilité, de perméabilité, de résistance mécanique et de durabilité. L'objectif de ce projet est d'étudier l'impact de l'ajout massif de polyadditions minérales sur la durabilité des bétons et sur l'évolution de leur microstructure et de leurs propriétés mécaniques. L'ensemble des résultats expérimentaux seront rassemblés en vue de constituer une base de données sur les effets différés de bétons formulés à base de polyadditions et pourront être exploités pour optimiser une formulation visant à minimiser les risques de fissuration au jeune âge en condition de déformation restreinte et comme paramètres d'entrée d'une modélisation. Ces recherches fondamentales devraient déboucher sur des modèles de prédiction du retrait et du fluage et sur des recommandations vis-à-vis de l'utilisation de bétons formulés à base de polyadditions minérales pour la construction d'ouvrages présentant des entraves au libre développement du retrait du béton (constructions par phases, moment du décoffrage,'). [The aim of this project is the impact analysis of the incorporation of high volume of mineral additions on the concrete durability and the evolution of their microstructure and their mechanical properties. The results are added to a database on the delayed effects of concrete with minral additions and are used to optimize the mixture proportions in order to minimize the cracking risk at early age in the case of constructions by multiple phases by example. ]

Comportement en fatigue et à rupture de poutres préfléchies mixtes acier - béton autoplaçant à très hautes performances [Fatigue and up to failure behaviour of composite prebent beams with self-levelling very high performance concrete]
Expérimentation et modélisation du comportement de poutres mixtes préfléchies formulées avec du béton autoplaçant à très hautes performances: étude du comportement au jeune âge et à long terme sous charge permanente, sous charge de service et jusqu'à rupture. [Test up to failure and fatigue behaviour analysis of composite prebent beams with very high performance concrete.]

Développement, caractérisation et modélisation du comportement instantané et différé de micro-bétons sans fissuration formulés à base de liants hydrauliques pour la réparation d'ouvrages d'art. [Development, analysis and modelling of the instantaneous and delayed behaviour of micro-concretes without cracking and with hydraulic binders for the repair of bridge decks.]
Mise au point de micro-bétons contenant des volumes importants de fillers calcaires pour réparer des tabliers de pont. [Development of micro-concretes with high volumes of limestone fillers to repair bridge decks.]

Valorisation des cendres d'électro-filtres et des résidus provenant des incinérateurs d'ordures ménagères dans des matériaux cimentaires [Valorisation of Municipal Solid Waste Incineration (MSWI) fly ashes and Air Pollution Control (APC) residues in cementitious materials]
La gestion des déchets est devenue une des priorités de l'Union Européenne en politique environnementale. La prévention, le recyclage et la récupération des déchets sont les principaux objectifs de l'Union ; la récupération énergétique reste la meilleure solution pour les déchets ne peuvant être évités ou recyclés, alors que la mise en décharge est peu encouragée. Dans ce contexte, ce projet a pour but de valoriser les résidus de procédés thermiques dans des matériaux de construction ; plus précisément, le projet prévoit de traiter les cendres volantes et les résidus d'épuration des fumées (REFIOM) d'incinération d'ordures ménagères (IOM) et de les ajouter à du ciment ou du béton, comme liant hydraulique (addition minérale de type II) ou comme filler inerte, tel que du sable ou de fins agrégats. Les résidus d'IOM sont considérés comme déchets dangereux, principalement à cause de la lixiviabilité de leurs chlorures et métaux. Alors que les mâchefers d'incinération d'ordures ménagères (MIOM) peuvent être utilisés en construction civile, les résidus d'IOM correspondent au seul résidu des usines d'IOM. Ils sont généralement enfouis, après traitement, en décharge spéciale et représentent dès lors de lourds impacts financiers et environnementaux. En Région bruxelloise, en considérant une production de 9 406 tonnes des résidus d'IOM en 2006 et un coût de traitement compris entre 145 et 195 '/tonne (transport inclus), la « valorisation » des résidus représente un coût allant de 1,4 à 1,8 millions ' par an. Des études récentes suggèrent d'utiliser ces résidus dans des applications du génie civil, en particulier comme additions minérales dans du ciment ou du béton, après un pré-traitement stabilisant ou retirant quelques composés problématiques. Par ailleurs, l'industrie de la construction souffre d'un manque de ressources naturelles. La substitution de constituants naturels dans la composition de matériaux de construction permet de réduire l'impact environnemental dû à la production de ciment en terme d'émission de CO2 dans l'atmosphère, tout en gardant un produit de qualité. En Belgique, les cendres volantes et le laitier de centrales thermiques sont couramment ajoutés au ciment. Cependant, la quantité de ces matériaux devient insuffisante pour couvrir la demande croissante d'additions minérales. Le projet propose de solutionner ces problèmes en développant un procédé utilisant certaines fractions des résidus d'IOM dans des matériaux cimentaires. Le projet considère chaque type de résidus séparément et vise à traiter le résidu le plus approprié à être incorporé à un matériau de construction. Les analyses et tests nécessaires au projet permettront d'apporter de nouvelles connaissances concernant ces résidus, d'établir un lien entre leur composition chimique, leur minéralogie et leur réactivité et de mieux comprendre le comportement des éco-ciments. Puisque l'entrée des IOM varie quotidiennement, la variabilité des résidus sera également investiguée afin de garantir un traitement efficace et un produit final de qualité. Selon les caractéristiques des résidus, un traitement spécifique est conçu de sorte que les résidus traités puissent être incorporés dans des matériaux de construction. Le traitement des résidus est basé sur des séparations à la fois physiques (granulométriques) et chimiques, selon des travaux de recherches récents d'un des partenaires du projet. Les propriétés du nouvel éco-matériau de construction seront adaptées afin de remplir certaines exigences. Comme ce matériau est sensé être meilleur marché, il peut être destiné à des travaux de construction demandant de grands volumes. En terme de délivrable, le projet prévoit d'établir un procédé exportable du traitement des déchets et d'obtenir un agrément technique permettant de commercialiser les déchets traités dans des matériaux cimentaires. Les résidus d'IOM pourraient avantageusement être réutilisés en Belgique, en tirant avantage de leur potentielle réactivité pouzzolanique et de la proximité géographique. Pour l'industrie cimentaire, la valorisation des résidus d'IOM produit une nouvelle addition minérale, facilement disponible et utilisable dans des matériaux cimentaires. De plus, la valorisation des résidus d'IOM dans des matériaux de construction contribue au développement de l'écologie industrielle, en transformant des déchets d'une industrie en des matières premières pour une autre. Un tel procédé réduit les impacts environnementaux des deux industries, la première produisant moins de déchets, la seconde consommant moins de matières premières naturelles et émettant moins de CO2 dans l'atmosphère. [Waste management has become one of the key priorities of European Union environmental policy. Waste prevention, material recycling and recovery are the main objectives of the European Union; energy recovery remains the best solution for waste which can not be avoided nor recycled, while landfilling is discouraged. In that context, this project aims to valorise residues from thermal processes in construction materials; specifically, fly ashes and APC residues from Municipal Solid Waste Incineration (MSWI) are planned to be treated and added to cement or concrete, as hydraulic binders (mineral addition of type II) or inert filler, like sand and lightweight aggregates. Fly ashes and APC residues from MSWI are considered as hazardous waste mainly because of the leachability of chlorides and metals. As bottom ash can be reused in civil construction, these residues correspond to the ultimate residues from MSWI. They are usually placed in special landfill, after a treatment, and represent thus significant financial and environmental impacts. In the Brussels-Capital Region, assuming a production of 9,406 tons of fly ashes in 2006 and a fly ashes treatment cost between 145 to 195 ' per ton (transport included), the fly ashes 'valorisation' represents a charge of 1.4 to 1.8 millions ' per year. Recent researches suggest using these residues in civil engineering applications, in particular as mineral additions to cement or concrete, after a pre-treatment stabilising or removing some problematic compounds. On the other hand, the construction industry suffers from a decrease of natural resources. The substitution of some natural constituents in the composition of construction material allows reducing the environmental impact due to the production of the cement in terms of CO2 gas emission into the atmosphere, by keeping a product of quality. In Belgium, coal fly ashes and blast furnace slag are commonly added to cement. However, the coal fly ashes and blast furnace slag supply becomes insufficient to cover the increasing demand in mineral additions. The project proposes to solve both problems by developing a process using some fractions of fly ashes and APC residues in cementitious materials. It considers each MSWI fly ashes and APC residues separately and aims to treat the most appropriate residue to be incorporated in a construction material. Analyses and tests needed in this project will also provide new knowledge about the residues, the link between their chemical composition, their mineralogy and their reactivity and new understanding about eco-cement behaviour. Since the MSWI input daily varies, the residues variability will be also studied to guarantee a successful treatment and a final product of quality. According to the residues characteristics, a specific treatment is build up such as the treated residues can be incorporated in a construction material. The residues treatment is based on both physical (size-based) and chemical separation, according to recent research works of the project partners. Concerning the new eco-construction material, its properties can be adapted to complete some specifications. As this material is expected to be cheaper, it can be destined to some civil work which needs large quantities in volume. In term of delivery, the project plans to determine an exportable process of waste treatment and to obtain a technical approval which enables to commercialise the treated waste in cementitious materials. MSWI fly ashes and APC residues could then be advantageously reused in Belgium, by taking benefit of their potential pozzolanic reactivity and their geographical proximity. For the cement industry, the MSWI fly ashes and APC residues valorisation furnishes a new mineral addition, easily available and marketable in cementitious materials. Furthermore, the valorisation of the MSWI fly ashes and APC residues in construction material contributes to the development of the industrial ecology, by transforming waste from an industry to primary material for another. Such a process reduces the global environmental impacts of both industries, the first producing less waste, the second consuming less natural resources and producing less CO2 gas emission into the atmosphere. ]

Fissuration du béton au jeune âge: mécanisme et rôle du squelette granulaire [Early age cracking of concrete: mechanism and rule of granular skeleton]
A l'heure où l'emploi des bétons modernes tels que les Bétons Autoplaçants (BAP) et Bétons à Hautes Performances (BHP) s'impose dans le monde de la construction, il reste des interrogations quant à leur fissuration précoce souvent constatée en absence de tout chargement mécanique, ce qui peut nuire à leur durabilité. Cette fissuration est souvent une conséquence d'une déformation empêchée d'origine thermique, chimique ou hydrique. Un couplage entre ces différentes déformations ait lieu notamment au jeune âge ce qui rend la problématique plus complexe. Plusieurs modèles existent en France ou à l'Etranger qui visent à calculer les contraintes dans des pièces en béton au jeune âge et de dresser une carte qui permet de déceler les endroits qui présentent des risques accrus de fissuration. Cependant ces modèles et faute de données expérimentales, ne prennent pas en compte plusieurs paramètres de formulation souvent déterminantes dans le processus de la fissuration des bétons au jeune âge. Pour pallier à ce problème, nous proposons à travers cette thèse de mener une campagne expérimentale rigoureuse qui vise à caractériser d'une façon très fine l'influence des paramètres de formulation sur la fissuration des bétons au jeune âge. On s'intéressera précisément à la nature minéralogique des granulats, au type de ciment et aux additions. La partie fissuration se fera en collaboration avec l'Université Libre de Bruxelles qui possède la machine TSTM (temperature stress testing machine) qui permet de suivre l'évolution des déformations et des contraintes qui se développent dès le jeune âge sur béton en condition d'empêchement partiel ou total. Aussi, ces essais peuvent avoir lieu à des températures isothermes ou réalistes (qui suivent l'historique réel de la température dans une structure mince ou massive). Des mesures de la prise par une technique ultrasonore, de la pression de l'eau interstitielle seront également réalisées et corrélées aux mesures de retrait. Une seconde phase consistera à réaliser des essais de retrait empêché continus (de la phase liquide jusqu'au durcissement) simultanément avec des essais de fluage au très jeune âge et ceci dans le but d'apprécier le caractère viscoélastique des bétons. Cette partie nous renseignera sur l'évolution des auto-contraintes au sein des matériaux. Enfin, la modélisation du processus de fissuration pourra se faire par une approche ''découplée'' où la déformation totale que subit le matériau est la somme des déformations plastiques, élastiques et visqueuses, ou une approche ''couplée'' basée sur la mécanique des milieux poreux. On cherchera en particulier à décrire le champ de contraintes local dans la pâte autour des granulats mais aussi d'évaluer l'auto-contrainte globale due aux différentes déformations provoquant la fissuration du béton. [The aim of this research project is to assess the risk of cracking of concrete at early age, especially, the rule and the mechanism induced by the granular skeleton.]



publications





theses


Aveline DARQUENNE: Comportement au jeune âge de bétons formulés à base de ciment au laitier de haut fourneau en condition de déformations libre et restreinte, 2009

Olivier GERMAIN : Contribution à l'analyse du comportement et au dimensionnement des colonnes élancées en béton armé., 2006

Katy SAADE : Finite element modelling of shear in thin walled beams with a single warping function, 2005

Stéphanie STAQUET : Analyse et modélisation du comportement différé du béton. Application aux poutres mixtes, préfléchies et précontraintes, 2004



collaborations


Centre de Recherches de l'Industrie Cimentière, Bruxelles, Belgique

FEBELCEM, Bruxelles, Belgique

RONVEAUX, Ciney, Belgique

M. Henri Detandt,, TUCRAIL, Bruxelles, Belgique

Dr. François Toutlemonde,, Laboratoire Central des Ponts et Chaussées, Paris, France

Prof. Ahmed Loukili,, Ecole Centrale de Nantes, Nantes, France

Prof. Nele De Belie,, Universiteit Gent, Gent, Belgique

Prof. Jean-Claude Dotreppe,, Université de Liège, Liège, Belgique

Prof. Luc Courard,, Université de Liège, Liège, Belgique

Claude Boulay,, Laboratoire Central des Ponts et Chaussées, BCC, Paris, France

Rika Devos,, Universiteit Gent, Gent, Belgique

Dr Max A.N Hendriks, TU Delft, Structural Mechanics, Delft, Pays-Bas

Sören Eppers, Vdz. Deutsche Zementindustrie, Betontechnik, Düsseldorf, ALLEMAGNE (REP.FED.)

Dr Jean-Emmanuel Aubert, INSA - Université Paul Sabatier, LMDC Toulouse, Toulouse, France

Prof. Karim Aït-Mokhtar, Université La Rochelle, LEPTIAB Département Génie Civil et Mécanique, La Rochelle, France

Dr Philippe Turcry, Université La Rochelle, LEPTIAB Département Génie Civil et Mécanique, La Rochelle, France

Dr Frédéric Grondin, Ecole Centrale de Nantes, GeM Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique, Nantes, France

Dr Emmanuel Rozière, Ecole Centrale de Nantes, GeM Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique, Nantes, France

Prof. Alain Sellier, INSA - Université Paul Sabatier, LMDC Toulouse, Toulouse, France

Dr Miguel Azenha, University of Minho, Department of Civil Engineering, Guimaraes, Portugal



prix / awards


Prix Louis DE WAELE attribué par le F.N.R.S sur proposition de sa commission ''Génie Civil-Mines'' - Bernard ESPION

Prix Hollow Core 2000 de la FeBe - Stéphanie STAQUET

Solvay Award 2000 - Stéphanie STAQUET

Premier Prix A.Ir.Br. 2000 - Stéphanie STAQUET

Prix d'étude du Groupement Belge du Béton - Stéphanie STAQUET

Prix Louis BAES 2004 - 2005 - Stéphanie STAQUET

Prix Louis DE WAELE attribué par le F.N.R.S sur proposition de sa commission ''Génie Civil-Mines'' - Stéphanie STAQUET



savoir-faire/équipements / know-how, equipment


2 Caissons QAB semi-adiabatiques pour mesurer le dégagement de chaleur dû à l'hydratation des bétons

2 Salles climatisées en température (de 5°C à 40°C) et humidité (de 40 à 70% HR) pour essais de longue durée sous chargement soutenu (24 bancs de fluage en compression).

Calorimètre adiabatique pour mesurer la chaleur d'hydratation des bétons

Capteurs thermo-hygrométriques Sensirion de type capacitif pour la mesure interne de la température et de l'humidité relative dans le béton

Dalle d'essais de dimensions 8m x 12m et comprenant un point d'ancrage tous les 60cm. Cette dalle peut reprendre un effort localisé de 7000 kN et une charge répartie de 10000 kN.

Diverses machines d'essais statiques asservies en force, déplacement ou déformation (essais de traction jusque 1000 kN, de compression jusque 10000 kN, de torsion jusque 3000 N.m ).

Diverses machines de fatigue pour l'essai des matériaux, dont une machine dynamique de 100 kN Instron asservie en force, déplacement ou déformation.

Enceinte climatique de 720 litres (HR compris entre 10 et 90% et température comprise entre -10°C et 100°C)

Equipement de mesures ultrasoniques pour mesurer la prise et le durcissement de mortiers et de bétons dénommé FreshCON

Equipement pour mesurer le développement du retrait du béton dès le plus jeune âge (6 bâtis de retrait BTJADE développé au LCPC à Paris)

Large gamme de vérins (jusqu à 1000 kN) asservis en force, déplacement ou déformation.

Logiciels de calcul de structures en béton par éléments finis: CESAR-LCPC, DIANA, HEAT-MLS (FEMMASSE)

Machine de type TSTM (Temperature-Stress Testing Machine) pour imposer des histoires de contrainte ou de déformation à des éprouvettes de béton dès le plus jeune âge.

Machines pour essais de dureté et de résilience.

Malaxeurs à béton Eirich de 50 litres et 150 litres avec grand pouvoir de cisaillement

Micro-calorimètre isotherme TAM Air pour mesurer la chaleur d'hydratation des pâtes et des mortiers (8 cellules, entre 5°C et 90°C)

Pulsateur pour essais de fatigue de grands éléments de structure.

Système TransOcto de mesure en 3D par émission acoustique pour la détection et la localisation de la fissuration

Système informatisé d'acquisition de mesures statique pour 100 canaux (jauges de contrainte, LVDT, tension, thermocouples).

Mise en charge d'éprouvettes de matériaux et d'éléments de constructions ; mesures d'efforts, de contraintes, de déformations et de déplacements.



mots clés pour non-spécialistes / keywords for non-specialists


béton histoire de l'art de bâtir matériaux cimentaires ponts structures en béton armé et béton précontraint


disciplines et mots clés / disciplines and keywords


Architecture et art urbain Bâtiments génie civil transports Conception bâtiments et procèdes de construction Connaissance des matériaux Déformation, rupture matériaux Histoire des sciences Matériaux composites Ponts, tunnels, ouvrages d'art Résistance et comportement des matériaux Sciences de l'ingénieur

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