Numerical simulation of fresh SCC flow in wall and beam elements using flow dynamics models

Abstract : Recently, there is a great interest to study the flow characteristics of suspensions in different environmental and industrial applications, such as snow avalanches, debris flows, hydrotransport systems, and material casting processes. Regarding rheological aspects, the majority of these suspensions, such as fresh concrete, behave mostly as non-Newtonian fluids. Concrete is the most widely used construction material in the world. Due to the limitations that exist in terms of workability and formwork filling abilities of normal concrete, a new class of concrete that is able to flow under its own weight, especially through narrow gaps in the congested areas of the formwork was developed. Accordingly, self-consolidating concrete (SCC) is a novel construction material that is gaining market acceptance in various applications. Higher fluidity characteristics of SCC enable it to be used in a number of special applications, such as densely reinforced sections. However, higher flowability of SCC makes it more sensitive to segregation of coarse particles during flow (i.e., dynamic segregation) and thereafter at rest (i.e., static segregation). Dynamic segregation can increase when SCC flows over a long distance or in the presence of obstacles. Therefore, there is always a need to establish a trade-off between the flowability, passing ability, and stability properties of SCC suspensions. This should be taken into consideration to design the casting process and the mixture proportioning of SCC. This is called “workability design” of SCC. An efficient and non-expensive workability design approach consists of the prediction and optimization of the workability of the concrete mixtures for the selected construction processes, such as transportation, pumping, casting, compaction, and finishing. Indeed, the mixture proportioning of SCC should ensure the construction quality demands, such as demanded levels of flowability, passing ability, filling ability, and stability (dynamic and static). This is necessary to develop some theoretical tools to assess under what conditions the construction quality demands are satisfied. Accordingly, this thesis is dedicated to carry out analytical and numerical simulations to predict flow performance of SCC under different casting processes, such as pumping and tremie applications, or casting using buckets. The L-Box and T-Box set-ups can evaluate flow performance properties of SCC (e.g., flowability, passing ability, filling ability, shear-induced and gravitational dynamic segregation) in casting process of wall and beam elements. The specific objective of the study consists of relating numerical results of flow simulation of SCC in L-Box and T-Box test set-ups, reported in this thesis, to the flow performance properties of SCC during casting. Accordingly, the SCC is modeled as a heterogeneous material. Furthermore, an analytical model is proposed to predict flow performance of SCC in L-Box set-up using the Dam Break Theory. On the other hand, results of the numerical simulation of SCC casting in a reinforced beam are verified by experimental free surface profiles. The results of numerical simulations of SCC casting (modeled as a single homogeneous fluid), are used to determine the critical zones corresponding to the higher risks of segregation and blocking. The effects of rheological parameters, density, particle contents, distribution of reinforcing bars, and particle-bar interactions on flow performance of SCC are evaluated using CFD simulations of SCC flow in L-Box and T-box test set-ups (modeled as a heterogeneous material). Two new approaches are proposed to classify the SCC mixtures based on filling ability and performability properties, as a contribution of flowability, passing ability, and dynamic stability of SCC.

L'adoption d'une innovation technopédagogique par une communauté enseignante universitaire

Résumé: L'adoption d'une innovation technopédagogique par une communauté enseignante universitaire La thèse traite de l'adoption d'une innovation technopédagogique par une communauté enseignante universitaire. Cette étude longitudinale, réalisée dans le cadre d'une recherche-action, vise à comprendre la dynamique globale du processus d'adoption d'une innovation. Le cadre de réflexion théorique de l'étude provient de la recherche en management, en systèmes d'information et en éducation. Il tient à la fois compte des motivations et des besoins des individus (dimension individuelle), de la compatibilité des technologies de l'information selon les théories usuelles de l'apprentissage (dimension pédagogique) et du type de soutien à offrir aux utilisatrices-utilisateurs (dimension organisationnelle). Le modèle d'accompagnement émergeant de cette recherche se compose de cycles itératifs au cours desquels un groupe définit et résout un problème, puis réfléchit successivement aux enjeux émergents d'un cycle à l'autre. Le modèle tient explicitement compte des trois éléments clés suivants: l'individu, la pédagogie et l'organisation qui forment une dynamique systémique indissociable et en interaction les unes les autres pendant toute la durée du processus d'adoption de l'innovation. Il met aussi en lumière la nécessité de stimuler une réflexion critique grâce au concours de ressources externes crédibles pour déterminer la compatibilité des technologies à partir d'expériences concrètes. Une telle démarche participative systématique permet d'accroître la cohésion des idées du groupe par le dialogue et les débats d'opinions_ Par ailleurs, la proximité avec notre milieu de recherche sur une période de deux ans offre la possibilité de saisir plusieurs facettes de la dynamique organisationnelle. Lorsque l'on réalise une étude longitudinale qui met en évidence l'incidence d'événements concomitants, on constate la fragilité du processus et la réversibilité de la décision d'adoption. L'intention d'adoption évolue constamment au gré des expériences des individus et du contexte qui évolue lui-même. L'établissement de relations partenariales avec les groupes intéressés représente une activité essentielle pour pallier ou neutraliser les effets indésirables d'événements concomitants.||Abstract: This thesis deals with a university teaching community adopting a technological/pedagogical innovation. This longitudinal study--part of an action-research study--aims at gaining understanding of the overall dynamics involved in adopting an innovation. The study's conceptual framework derives from management, information-systems, and teaching research. It takes into account the motivations and needs of individuals (individual dimension), the compatibility of information technologies according to current learning theories (pedagogical dimension), and the type of support to be offered to users (organizational dimension). The companion model issuing from this research work comprises iterative cycles during which a group defines and solves a problem and then successively reflects on the issues emerging from one cycle to the next. The model takes explicit account of three key elements: the individual, pedagogical approach, and organization form an indissociable system dynamic in which all dimensions interact during the entire process of adopting innovation. It also sheds light on the need to stimulate critical reflection about the combination of credible external resources so that tangible experiences can be used to determine technology compatibility. This kind of systematic participative process yields greater cohesiveness of group ideas through dialogue and discussion. Moreover, the proximity to our research setting over two years provides the opportunity to seize the many facets of organizational dynamics. During the course of a longitudinal study that highlights the incidence of concomitant events, the fragility of the process and reversibility of the adoption decision become apparent. The adoption intention constantly fluctuates through the experiences of individuals and the context, which also changes. Establishing partnership relations with interested groups stands out as an essential activity in attenuating or counteracting the undesirable effects produced by concomitant events.

Towards a performance based design of shear walls based on damage criteria = Vers un dimensionnement performanciel des murs de refend basé sur des critères d'endommagement

Le dimensionnement basé sur la performance (DBP), dans une approche déterministe, caractérise les objectifs de performance par rapport aux niveaux de performance souhaités. Les objectifs de performance sont alors associés à l'état d'endommagement et au niveau de risque sismique établis. Malgré cette approche rationnelle, son application est encore difficile. De ce fait, des outils fiables pour la capture de l'évolution, de la distribution et de la quantification de l'endommagement sont nécessaires. De plus, tous les phénomènes liés à la non-linéarité (matériaux et déformations) doivent également être pris en considération. Ainsi, cette recherche montre comment la mécanique de l'endommagement pourrait contribuer à résoudre cette problématique avec une adaptation de la théorie du champ de compression modifiée et d'autres théories complémentaires. La formulation proposée adaptée pour des charges monotones, cycliques et de type pushover permet de considérer les effets non linéaires liés au cisaillement couplé avec les mécanismes de flexion et de charge axiale. Cette formulation est spécialement appliquée à l'analyse non linéaire des éléments structuraux en béton soumis aux effets de cisaillement non égligeables. Cette nouvelle approche mise en œuvre dans EfiCoS (programme d'éléments finis basé sur la mécanique de l'endommagement), y compris les critères de modélisation, sont également présentés ici. Des calibrations de cette nouvelle approche en comparant les prédictions avec des données expérimentales ont été réalisées pour les murs de refend en béton armé ainsi que pour des poutres et des piliers de pont où les effets de cisaillement doivent être pris en considération. Cette nouvelle version améliorée du logiciel EFiCoS a démontrée être capable d'évaluer avec précision les paramètres associés à la performance globale tels que les déplacements, la résistance du système, les effets liés à la réponse cyclique et la quantification, l'évolution et la distribution de l'endommagement. Des résultats remarquables ont également été obtenus en référence à la détection appropriée des états limites d'ingénierie tels que la fissuration, les déformations unitaires, l'éclatement de l'enrobage, l'écrasement du noyau, la plastification locale des barres d'armature et la dégradation du système, entre autres. Comme un outil pratique d'application du DBP, des relations entre les indices d'endommagement prédits et les niveaux de performance ont été obtenus et exprimés sous forme de graphiques et de tableaux. Ces graphiques ont été développés en fonction du déplacement relatif et de la ductilité de déplacement. Un tableau particulier a été développé pour relier les états limites d'ingénierie, l'endommagement, le déplacement relatif et les niveaux de performance traditionnels. Les résultats ont démontré une excellente correspondance avec les données expérimentales, faisant de la formulation proposée et de la nouvelle version d'EfiCoS des outils puissants pour l'application de la méthodologie du DBP, dans une approche déterministe.

Perspective d'un développement rural durable : le cas des Hmongs du Laos

Résumé : Le développement durable est un processus d'évolution dans lequel toutes les ethnies coexistent en harmonie avec un environnement sain. Depuis une quarantaine d'années, le Laos a connu de nombreux bouleversements. Des groupes minoritaires, dont les Hmongs, ont subi les contrecoups des changements socio-politiques et économiques. Les Hmongs, qui habitent les régions montagneuses et qui pratiquent l'agriculture itinérante, sont particulièrement touchés par des inégalités économiques et sociales malgré la politique d'égalité ethnique. Les transformations progressives de leur méthode d'utilisation du sol, de leur mode de production et de leur mode de vie itinérants en sédentarisation durable deviennent fondamentales et cruciales. Les Hmongs défavorisés aspirent fortement à de meilleures conditions de vie tout comme les populations qui vivent dans les plaines. En effet, les Hmongs, qui habitent dans les régions de Lakhasipsong et de Longsan, province de Vientiane, s'adaptent aux nouvelles conditions de transformation socio-économique, soient la sédentarisation du mode de production et du mode de vie. On peut affirmer que le développement rural et communautaire permet la sédentarisation des Hmongs et que ces derniers sont aptes à s'adapter à la vie moderne. La méthode d'enquête par entrevue sur la base d'un sondage employée sur le terrain nous a permis de découvrir les caractéristiques de développement durable autant socio-économique que politique dans la province de Vientiane avec application particulière aux Hmongs. Les résultats de l'enquête démontrent que les stratégies de sédentarisation sans relocalisation et avec relocalisation sur l'initiative soit personnelle soit gouvernementale ont fait leurs preuves. Des changements dans les modes de production et de vie ont non seulement permis une meilleure utilisation du sol, une augmentation de la production et une amélioration des conditions de vie mais aussi une meilleure préservation de l'écosystème.||Abstract : Sustainable development is an evolutionary process in which all ethnie groups live in harmony with a healthy environment. For approximately forty years, Laos has been subjected to many disruptions. Minority groups, like the Hmong, have felt the full impact of the numerous socio-political and economic changes that took place in the country. The Hmong, in particular, who live in mountainous regions and practice slash and burn agriculture, have suffered from economic and social inequality policies praticed by previous governments. The progressive transformation of their methods of land use, their mode of production and their migrant life style must clearly be understood before any attempt at a sedentary life style with a view to a sustainable development be undertaken. The underprivileged Hmong aspire to better living conditions comparable to those of people living in the plains. More precisely, the Hmong, who live in Lakhasipsong and Longsan in the province of Vientiane, adapt to their new conditions of social and economic transformation by fixing into place their mode of production and their lifestyle. We can state that the rural community development taking place allows an effective sédentarisation for the Hmong and, that they are able to adapt themselves to modem life. The survey method by interview and randown sampling on the ground permits us to discover elements of farming development within the socio-economic as well as political life in Vientiane province with a particular application to the Hmong. The survey results in showing that settling down strategies without relocation or with relocation on personal or governmental initiative are truly operational. Changes in the mode of production and life style have not only permitted a better land use, an increased production and a better life style but also, a better conservation of the environment.