Acoustic monitoring of a prestressed concrete beam reinforced by adhesively bonded composite

ICCRRR 2018, International Conference on Concrete Repair Rehabilitation and Retrofitting, Cape Town, Afrique du Sud, 19-/09/2019 - 21/09/2019The use of adhesively bonded composite reinforcement is relatively widely used for concrete structures. Yet, some questions remain regarding its use in the case of prestressed concrete structures especially in relation with the influence of existing cracking and the verification of the encountered damage phenomena at real scale. French National Organism CEREMA with the help of French motorway bridge owners association ASFA and French National Research Organism IFSTTAR realized several real size experimental investigations of an old prestressed concrete beam coming from a deconstructed bridge to answer these questions (Project CLERVAL). Both flexure and shear tests up to failure were carried out and several measurement methods were used to understand the role of the composite reinforcement on the behavior of the structure and the damage scenario. Acoustic emission was one of these methods and two different systems were investigated. The proposed communication will first describe the two used acoustic systems and their dedication (localized acoustic emission and overall acoustic survey). A specific development will then be presented aiming at optimizing the obtained acoustic phenomena localization taking into account the anisotropy of the prestressed concrete beam. Finally, main results will then be presented for both flexure and shear tests

Endommagement à la fatigue et fissuration mécanique des enrobés bitumineux sur dalle orthotrope

Le comportement du revêtement bitumineux sur ce type d\u27ouvrages est complexe d\u27une part, en raison de sa composition et, d\u27autre part, à cause de son support très différent des chaussées routières classiques. Sa formulation spécifique doit répondre à des critères mécaniques comme la souplesse, une bonne résistance à la fissuration. L\u27essai français normalisé de dimensionnement en laboratoire est l\u27essai de flexion sous moment négatif. Un dispositif est opérationnel depuis 2003 au laboratoire Géomatériaux de l\u27ENTPE. Les échantillons sont représentatifs d\u27une structure réelle. Suite aux résultats obtenus, il est défini précisément une instrumentation basée sur des jauges de déformations ou capteurs de déplacement afin de suivre en continu l\u27évolution du comportement du revêtement. Grâce au développement d\u27essais non-destructifs par propagation d\u27ondes, un suivi continu des caractéristiques intrinsèques du revêtement et la détection de l\u27apparition d\u27une macro-fissure sont possibles. Une modélisation fine des matériaux permet une étude préliminaire du comportement du revêtement sur dalle orthotrope

Endommagement à la fatigue et fissuration mécanique des enrobés bitumeux sur dalle orthotrope

Les ponts métalliques à dalle orthotrope sont utilisés généralement pour les ponts à longue portée où le poids de la structure est un facteur important. Le comportement du revêtement bitumineux sur ce type d ouvrages est complexe d une part, en raison de sa composition et, d autre part, à cause de son support très différent des chaussées routières classiques. Sa formulation spécifique doit répondre à des critères mécaniques comme la souplesse, une bonne résistance à la fissuration. L essai français normalisé de dimensionnement en laboratoire est l essai de flexion sous moment négatif. Un dispositif est opérationnel depuis 2003 au laboratoire Géomatériaux de l ENTPE. Les échantillons sont représentatifs d une structure réelle de pont à dalle orthotrope. Les conditions d essai ont été définies dans le début des années 1980 par le Laboratoire Central des Ponts et Chaussées et ont fait l objet d une normalisation française seulement en 2006. Entre ces deux dates, peu d avancées ont été faites sur la compréhension du comportement du revêtement sur cet essai. Avec l aide des résultats obtenus au laboratoire ces dernières années et au cours de cette thèse en particulier, cette norme définit précisément une instrumentation basée sur des jauges de déformations ou capteurs de déplacement afin de suivre en continu l évolution du comportement mécanique du revêtement bitumineux sur le platelage métallique. Aujourd hui, grâce au développement d essais non-destructifs par propagation d ondes, il est possible d obtenir également un suivi continu des caractéristiques intrinsèques du revêtement et de détecter l apparition d une macro-fissure. À partir des vitesses de propagation et de l atténuation des ondes de compression et de cisaillement, les modules de rigidité et de cisaillement du revêtement bitumineux peuvent être calculés par analyse inverse. En outre, des essais sur éprouvettes cylindriques d enrobé bitumineux permettent de caractériser mécaniquement et thermiquement le matériau déposé ensuite sur platelage métallique. À l aide d une instrumentation appropriée, l essai de module complexe nous permet d obtenir et de définir le module et le coefficient de Poisson pour chaque couple (fréquence, température). De plus, des essais de mises en température permettent de déterminer les coefficients thermiques (conductivité thermique, capacité massique) par un traitement numérique in-verse des données. Ces paramètres intrinsèques au matériau sont indispensables pour prendre en compte dans une modélisation les effets mécaniques et thermiques. De plus, des essais de fatigue sur ces échantillons cylindriques tentent de simuler le comportement à la fatigue du revête-ment bitumineux appliqué sur le platelage métallique. Une loi d endommagement est ainsi dé-duite. Finalement, le dispositif de flexion est modélisé en tenant compte du comportement thermomécanique de l enrobé bitumineux. Une simulation plus fine intégrant une loi d endommagement décrit efficacement les essais réalisés. Ainsi, cette modélisation permet une étude préliminaire du comportement du revêtement sur dalle orthotrope avant d effectuer ces essais de fatigue lourds à mettre en œuvre, longs et coûteux.The behavior of asphalt layers on steel decks is complex. It is a soft support and must have a strong resistance to cracking. The five-point bending fatigue test is the standard device in laboratory. A device has been improved operational since 2003 at the ENTPE laboratory. Specimens are representative of a real deck. The mechanical evolution is motored with strain gauges and displacements sensors throughout the test. Moreover a non-destructive test based on ultrasonic measurements has been developed. Thus, mechanical characteristics are followed up, and it makes it possible to plot damage evolution cure for each asphalt mix tested. This test is finally modeled with high quality that enables a preliminary study of the behavior of different asphalt mix.VILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocSudocFranceF

Modélisation thermomécanique des enrobés bitumineux lors de l'essai de flexion sous moment négatif

International audienceA five-point bending under negative moment test makes it possible to characterize the best bituminous mix. A thermomechanical modeling from finite elements software (COMSOL) is proposed. Bituminous concrete viscoelasticity and the dissipation of heat during the tests are taking account. That is why, tests on cylindrical specimens were done to obtain important mechanical and thermal bituminous concrete charateristics, which are rare in scientific literature. A third assumption based on damage theory is essential to obtain correct results near from tests.Un essai de fatigue, appelé également essai de flexion sous moment négatif permet de caractériser la formulation la plus appropriée. Une modélisation thermomécanique du système est développée à partir d'un logiciel aux éléments finis (COMSOL). Elle tient compte de la viscosité des matériaux bitumineux et de l'échauffement thermique crée par les cycles mécaniques de fatigue. Pour cela, des essais précis sur éprouvettes cylindriques ont été réalisés pour déterminer des grandeurs mécaniques et thermiques caractéristiques des enrobés bitumineux qui sont rares dans la littérature scientifique. Une troisième hypothèse s'appuyant sur la théorie de l'endommagement est abordée en conclusion et s'avère indispensable pour obtenir les résultats proches des expériences

Thermomechanical characterisation of asphalt pavements in laboratory conditions

Due to the viscoelastic properties of bituminous concrete, temperature changes result in significant mechanical effects. This paper proposes a method to assess, first, the intrinsic thermophysical parameters (thermal conductivity and heat capacity) of a bituminous mix, and then to characterise its mechanical behaviour by performing complex modulus tests. The determination of thermal properties of bituminous mixtures comes from an inverse analysis using finite-element software. The obtained intrinsic thermal parameters are essential for the fatigue law that depends on the viscous energy dissipation of bituminous concrete

Acoustic monitoring of a prestressed concrete beam reinforced by adhesively bonded composite

The use of adhesively bonded composite reinforcement is relatively widely used for concrete structures. Yet, some questions remain regarding its use in the case of prestressed concrete structures especially in relation with the influence of existing cracking and the verification of the encountered damage phenomena at real scale. French National Organism CEREMA with the help of French motorway bridge owners association ASFA and French National Research Organism IFSTTAR realized several real size experimental investigations of an old prestressed concrete beam coming from a deconstructed bridge to answer these questions (Project CLERVAL). Both flexure and shear tests up to failure were carried out and several measurement methods were used to understand the role of the composite reinforcement on the behavior of the structure and the damage scenario. Acoustic emission was one of these methods and two different systems were investigated. The proposed communication will first describe the two used acoustic systems and their dedication (localized acoustic emission and overall acoustic survey). A specific development will then be presented aiming at optimizing the obtained acoustic phenomena localization taking into account the anisotropy of the prestressed concrete beam. Finally, main results will then be presented for both flexure and shear tests

Instrumentation of large scale direct shear test to study the progressive failure of concrete/rock interface

8th RILEM International Conference on Mechanisms of Cracking and Debonding in Pavements, NANTES, FRANCE, 07-/06/2016 - 09/06/2016The shear strength of concrete/rock interface must be clearly assessed to design the rock foundations. However, the concrete/rock interface has different failure modes which depend on the mechanical characteristics of the materials and the morphology of the rock surface. Consequently, to study thoroughly the shear behavior of concrete/rock interface and to define the cracking mechanisms and debonding propagation along the interface, different instrumentation devices were applied during a large scale direct shear test. A large sample formed by pouring concrete over a large rock surface (shear surface of 1.5 m²), was instrumented using the following techniques: strain gauges, acoustic emission and distributed optical fiber sensor. The different observations made during the test were combined to determine the successive stages of interface failure. The strain gauges, which measure local strains within the materials, showed their ability to detect the crack propagation in the materials and the debonding at the interface. The acoustic emission technique was able to detect the damages in the materials and at their interface. The optical fiber sensor measured strains evolution of the concrete near the interface showing the crack propagation during the test and the progressivedebonding at the interface.Pour la conception de fondation au rocher, la résistance au cisaillement de l'interface béton-roche doit être évaluée. Or cette interface présente différents modes de rupture qui dépendent des caractéristiques mécaniques du matériau et de la morphologie de la surface rocheuse. Différentes instrumentations ont donc été mis en place au cours d'essais de cisaillement à grande échelle afin d'étudier le comportement au cisaillement de l'interface béton roche et de déterminer les mécanismes de fissuration et de décohésion à l'interface. Une éprouvette constituée d'une surface rocheuse de 1.5m² sur laquelle du béton a été coulé, a été instrumentée des dispositifs suivants : jauge de contrainte, capteur d'émission acoustique, fibre optique. Les différentes observations effectuées durant les essais ont été utilisées pour établir les étapes successives de rupture de l'interface. Les jauges qui permettent une mesure locale de la déformation, ont démontré leur leur capacité à détecter la propagation de fissure dans les matériaux, roche et béton et la décohésion à l'interface. L'émission acoustique a permis de détecter l'endommagement des matériaux et à leur interface. La fibre optique a permis de mesurer l'évolution des déformations dans le béton à proximité de l'interface, et en particulier la propagation de fissures et la décohésion progressive à l'interface