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Next generation UHPFRC for a sustainable built environment

English title Next generation UHPFRC for a sustainable built environment
Applicant Denarié Emmanuel
Number 154063
Funding scheme NRP 70 Energy Turnaround
Research institution Laboratoire de maintenance, construction et sécurité des ouvrages EPFL - ENAC - IIC - MCS
Institution of higher education EPF Lausanne - EPFL
Main discipline Civil Engineering
Start/End 01.08.2015 - 31.12.2018
Approved amount 203'463.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Civil Engineering
Material Sciences

Keywords (12)

Creep; Pull-out; Sustainability; Grey Energy; Strain hardening; Shrinkage; Transport properties; Maintenance; Synthetic fibres; High stress level; Limestone Filler; UHPFRC

Lay Summary (French)

Lead
La détérioration prématurée de l’environnement construit est un fardeau pesant pour la société en termes d’économie, consommation d’énergie et émissions de gaz à effets de serre induits par les chantiers de construction et ceux de maintenance d’ouvrages existants. Les réseaux de transport à tous les niveaux (national, régional et local) sont critiques pour l’économie Suisse et leurs coûts de maintenance actuellement en forte augmentation (économiques, énergétiques et environnementaux) doivent être contenus.Le domaine potentiel d’application des Bétons Fibrés Ultra Performants (BFUP) pour la construction d’éléments structuraux légers ainsi que pour la maintenance d’ouvrages existants est très vaste. L’utilisation intelligente, ciblée, de ces matériaux extrêmement durables et performants s’avère être une solution très efficace pour diminuer la consommation de matériaux de construction et le nombre de chantiers et ainsi contenir l’explosion des coûts de maintenance à terme.
Lay summary

Contenu et objectifs

Les objectifs de ce projet sont de rendre encore plus performant le concept d’application des BFUP dans l’environnement construit (nouvelles constructions et maintenance d’ouvrages existants), pour développer une nouvelle génération de BFUP économes en énergie grise, suivant en cela la stratégie énergétique 2050:

(1) développement de nouveaux mélanges de BFUP écrouissants en traction, avec substitution massive des composants énergivores (matrice et fibrage),

(2) caractérisation des propriétés mécaniques et de protection de ces matériaux, avec un accent particulier sur leur réponses sous sollicitations de traction quasi-statiques et à long terme (fluage et retrait) ainsi que leur propriétés de transport sous hauts niveaux de sollicitations.

 Des essais mécaniques de résistance et déformabilité seront réalisés à différentes échelles, de même que la modélisation de la réponse différée. Les essais seront réalisés depuis le très jeune âge jusqu’à long terme à l’aide des équipements existants au MCS (machine de retrait entravé TSTM, bâtis de fluage en traction, machine d’essais de traction sous sollicitations lentes). Des essais d’arrachement de fibres seront également réalisés dans les mêmes gammes de vitesses de sollicitation.

Valorisation des résultatsLes résultats de ce projet permettront l'application à court terme de méthodes de construction et de maintenance d'ouvrages existants avec un faible coût énergétique et une très longue durabilité, répondant pleinement à la stratégie énergétique 2050. 
Direct link to Lay Summary Last update: 23.03.2015

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Publications

Publication
Next generation UHPFRC for sustainable structural applications
Hajiesmaeili Amir, Denarié Emmanuel (2018), Next generation UHPFRC for sustainable structural applications, in 2nd International Workshop on Durability and Sustainability of Concrete Structures, MoscouACI, Farmington HIlls, MI, USA.
Next Generation UHPFRC for Sustainable Structural Applications
HajiesmaeiliAmir, DenariéEmmanuel (2018), Next Generation UHPFRC for Sustainable Structural Applications, ACI, USA, 58.
Effect of fiber orientation and specimen thickness on the tensile response of strain hardening UHPFRC mixes with reduced Embodied Energy
Hajiesmaeili Amir, Denarié Emmanuel (2017), Effect of fiber orientation and specimen thickness on the tensile response of strain hardening UHPFRC mixes with reduced Embodied Energy, in Strain-Hardening Cement-Based Composites SHCC4, DresdenSpringer, Netherlands.
Environnemental Assessment of Radical Innovation in Concrete Structures
Zingg S., Habert G., Lämmlein T., Lura P., Denarié E., Hajiesmaeili A. (2016), Environnemental Assessment of Radical Innovation in Concrete Structures, in Sustainable Built Environment Conference, SBE16, Zürichvdf Hochschulverlag AG an der ETH Zürich, Zürich.

Knowledge transfer events

Active participation

Title Type of contribution Date Place Persons involved
"Essais de caractérisation – réponse en traction" in Actes de la 2ème Journée d’étude du 22 octobre 2015: Béton Fibré Ultra-Performant – concevoir, dimensionner, construire (editors: Brühwiler, E., Oesterlee, C., Redaelli, D., Suter, R.), HES Fribourg Talk 22.10.2015 Fribourg, Switzerland Denarié Emmanuel;


Associated projects

Number Title Start Funding scheme
154063 Next generation UHPFRC for a sustainable built environment 01.08.2015 NRP 70 Energy Turnaround

Abstract

The premature deterioration of the built environment is a heavy burden for society, especially in terms of economy, energy consumption and CO2 emissions induced by construction and rehabilitation sites. Transportation networks at all levels (national, regional and local) are critical to the Swiss economy and their maintenance costs (Economy, Energy, and Environment) need to be contained within sustainable limits. The same applies to all the built environment. The range of possible applications of UHPFRC, alone or associated to reinforcement bars, in the fields of transport infrastructures and buildings, both for the rehabilitation, protection, or reinforcement of existing structures or for the construction of new light weight structural members is very wide. The intelligent use of these and highly durable and efficient materials in the field of construction has a very high potential to be one of the solutions to contain the explosion of maintenance costs (Economy, Energy and Environment) in the near future and make a better use of environmental resources with smart concretes, structures and maintenance strategies. The objectives of the project are to further improve the already established concept of UHPFRC application in the built environment in two main directions, to develop a new generation of Low- Grey Energy UHPFRC, in view of the energy strategy 2050:(1) develop new strain hardening UHPFRC mixes with massive substitution of energy costly components (matrix and fibrous mix). (2) determine the mechanical and protective properties of these materials, with a special emphasis on their quasi static (tension), delayed response (creep and shrinkage), and transport properties under high stress levels.These domains have been barely studied until now. Mechanical testing of the resistance, deformability and viscous response, as well as modelling of the time dependent mechanical response will be performed at various scale levels. An optimized Electromechanical testing machine will help perform tensile tests. Existing testing set-ups (TSTM and tensile creep rigs) will be used for tests at very early age and longer term. Pull-out tests on individual fibres will be performed at quasi static loading rates and under creep loading.The research will be performed by one doctoral student (3 years).
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