Mechanical damage, chemical damage and permeability in quasi-brittle cementitious materials

International audienceThe serviceability of concrete structures is a coupled problem in which fracture and damage are coupled with several environmental attacks. In this paper, we start with the description of chemo-mechanical damage and the case of calcium leaching which is relevant to waste containment vessels. The second example of implementation of continuum damage models discussed deals with coupled damage permeability effects. In the case of diffuse damage, the material permeability is controlled by the decrease of average stiffness due to micro-cracking. After a macro-crack has formed, permeability is controlled by a power function of the crack opening (Poiseuille flow). A relationship between permeability and damage, consistent with the two above asymptotic cases, is defined.La durabilité de structures en béton est un problème dans lequel la rupture et l'endommagement sont couplés aux différentes attaques de l'environnement. Nous commençons par illustrer un tel couplage avec la lixiviation et la modélisation chimiomécanique de l'endommagement dans les bétons. Les couplages entre l'endommagement et les propriétés de transport du béton sont le deuxième exemple traité. Dans le cas d'un endommagement diffus, la perméabilité du matériau est contrôlée par la diminution de raideur moyenne due à la microfissuration. Lorsqu'une macrofissure s'est formée, la perméabilité est contrôlée par une fonction puissance de l'ouverture de fissure (écoulement de Poiseuille). Une relation entre la perméabilité et l'endommagement est définie, en accord avec ces deux cas limites

Thermal Damage Approach of Concrete: Application to Specimens Subjected to Combined Compressive and High Temperature Loads

Within the framework of study of concrete structures subjected to fire, .a theoretical and experimental work was conducted. The aim of this study was to investigate and to model the damage mechanisms of concrete after their exposure to high temperatures. The multiphase Digital Concrete Model as well as the damage model, MOD EV, which were both implemented on the finiteelem~ rit software package, SYMPHONIE, were used simμltaneously to assess the thermal damage of the concrete. In order to validate the thermal damage model, an experimental investigation was performed. The mechanical characteristics of 5 cementitious materials, which included cement paste, mortar, ordinary concrete and 2 HSC concretes, were measured with 3-point bending tests immediately succeeding heati11g/cooling cycles of 393, 523 and 6n K. The experimental tests on the 3 different materials were then compared to the numerical simulations and are presented for temperatures up to 673 K. Several applications were investigated after the validation of the models, one of which was the fire resistance of concretes when simultaneously· subjected to both compressive and high temperature loads

Fire spalling sensitivity of concrete made with recycled concrete aggregates (RCA)

The fire spalling of concrete is a complex phenomenon, which can affect the integrity of the structures during a fire. This thermal instability is associated with a complex coupled chemo-thermo-hydro-mechanical mechanism and it can be influenced by many factors, related to material (e.g. per- meability, porosity and water content), geometry (e.g. shape and size) and environmental parameters (e.g. mechanical load and heating rate). Concrete made with recycled concrete aggregates presents higher porosity, higher water content and different interfaces between aggregates and mortar. All these aspects can lead to a different behaviour under fire exposure, including the spalling risk of these sustainable concretes. The main objective of this paper is to analyse the influence of the use of recycled concrete aggregates on the spalling risk of concrete. In this paper, concrete prisms with different replacement rates of recycled coarse aggregates (0 up to 100%) were exposed to a standard fire curve (ISO 834-1) with a constant uniaxial compression load. After heating, samples surfaces were evaluated by means of digital photogrammetry. Results showed that concrete with RCA is sensitive to explosive spalling. All replacement rates presented higher degree of spalling than concrete made with natural aggregates

Modelling anisotropic damage and permeability of mortar under dynamic loads

International audienceThis paper deals with the development of a model for concrete subjected to dynamic loads. Shock waves are generated by Pulsed Arc Electro-hydraulic Discharges in water and applied to mortar samples. A diphasic model (liquid water and vapour) is implemented in order to describe the electrical discharge and the propagation of shock waves in water. An anisotropic damage model is devised, which takes account of the strain rate effect and the crack closure effect. Coupling between anisotropic damage and permeability is proposed in order to assess the variation of material permeability due to shock waves. Comparisons with experiments show a good correlation between the experimental and the numerical results.Cette étude porte sur développement d'un modèle du béton sous chargement dynamique rapide. Le chargement dynamique est généré par des ondes de chocs dues à la décharge électrohydraulique d'un arc (PAED) sous l'eau. Un modèle actuel diphasique est qualifié et utilisé pour simuler la décharge électrique et la propagation des ondes dans l'eau. Un modèle d'endommagement anisotrope est développé qui prend en compte l'effet de vitesse de la déformation et la refermeture des fissures. Un couplage entre l'endommagement et la perméabilité anisotropique est proposé. Après la comparaison avec l'expérimentation, une bonne corrélation est observée entre les résultats expérimentaux et numériques

Cast3M, a Multi-Physic Finite Element Program Opened to the Research Community.

International audienc

A Finite Element Approach for Mesoscopic Modelling of Fracture

International audienc

Phenomenes unilateraux dans un materiau endommageable: modelisation et application a l'analyse de structures en beton

Available from INIST (FR), Document Supply Service, under shelf-number : T 79911 / INIST-CNRS - Institut de l'Information Scientifique et TechniqueSIGLEFRFranc

Fracturation électrique des géomatériaux (Etude de l endommagement et de la perméabilité)

Le but de cette étude est d étudier l'évolution de la microstructure et des propriétés de transfert des géomatériaux sous chargement dynamique rapide. Le chargement dynamique est généré par des ondes de chocs dues à la décharge électrohydraulique d un arc (PAED) sous l eau. L évolution de la fissuration et de l endommagement est illustrée par celle de sa microstructure et de la perméabilité intrinsèque du matériau. La perméabilité augmente avec le niveau du pic de pression et le nombre de chocs. Une bonne corrélation est observée entre les propriétés du mortier, de la perméabilité, de la porosité et les clichés issus de la microtomographie. Après avoir exposé les résultats d'une campagne expérimentale, des développements sur le modèle d'endommagement anisotrope de R. Desmorat ainsi qu'un couplage avec la perméabilité sont proposés, finalement l'ensemble du processus est simulé numériquement à l'aide des codes Europlexus et Cast3M.The purpose of this study is to investigate the evolution of microstructure and transport properties of geomaterials subjected to fast dynamic loads. This dynamic loading is generated by shock waves engended by a pulsed arc electrohydraulic discharge (PAED) under water. The evolution of microcracking and damage is illustrated by the microstructure and the intrinsic permeability of the material. Permeability increases both with the number of shocks and the pressure level. A good correlation between qualitative results of the image analysis from CT scans, performed on specimen before and after the shocks, and permeability is observed. After having exposed the results from an experimental campaign, the developments on the anisotropic damage model of R. Desmorat and a coupling with the permeability are proposed. Finally the whole process is simulated numerically by the codes Europlexus and Cast3M.PAU-BU Sciences (644452103) / SudocSudocFranceF

Modélisation des effets unilatéraux basée sur l'ouverture de fissures

National audienc

Modélisation des effets unilatéraux basés sur l'ouverture de fissures

International audienceLa modélisation de la fissuration constitue un enjeu crucial pour l’analyse et laprédiction du comportement jusqu’à la ruine des structures en béton armé. Les approchesutilisées actuellement permettent de décrire l’endommagement et les déformationsanélastiques liées à la création des microfissures. Lors de chargements cycliques ousimplement de la redistribution de contraintes à l’intérieur d’une structure, certaines fissuresse referment et provoquent une restauration de la raideur initiale. L’introduction de cephénomène appelé unilatéral se base généralement sur une partition du tenseur decontraintes ou de déformations et non sur l’ouverture de fissures. Les modèles ainsidéveloppés sont généralement instables ou thermodynamiquement incorrects (Chaboche,1992 ; Cormery et al., 2002). Le modèle développé (Matallah et al., 2006) propose uneapproche originale qui utilise l’ouverture unitaire de fissures ε ou f comme variable interne.Cette nouvelle variable permet d’introduire naturellement les effets unilatéraux (ouverture-refermeture de fissures). Après un rappel des bases mathématiques du modèle, dessimulations numériques d’une structure en béton armé sous chargement cyclique sontprésentées. Nous montrons l’intérêt de la variable ε ou f par sa capacité à représenter le champde fissuration en tenant compte des refermetures éventuelles