THSE NO 2195 (2000)
COLE POLYTECHNIQUE FDRALE DE LAUSANNE
PRSENTE AU DPARTEMENT DES MATRIAUX
POUR L'OBTENTION DU GRADE DE DOCTEUR S SCIENCES TECHNIQUES
PAR
Ingnieur civil diplm EPF
et de nationalit franaise
accepte sur proposition du jury:
Prof. C. Huet, directeur de thseProf. E. Brhwiler, rapporteur
Prof. G. Maier, rapporteurProf. P. Marti, rapporteur
Prof. H.-W. Reinhardt, rapporteur
Lausanne, EPFL2000
ETUDE EXPRIMENTALE DES COUPLAGESVISCOLASTICIT-CROISSANCE DES FISSURES
DANS LES BTONS DE CIMENT
Emmanuel DENARI
mes parents, Michle et Henri.
Le Tao engendre un. Un engendre Deux. Deux engendre Trois. Trois engendre tous les tres.
Lao-tseu, Tao-t king, XLII If you can look into the seeds of time And say which grain will grow and which will not, Speak then to me, who neither beg nor fear Yours favor nor your hate.
Shakespeare, MACBETH, Act 1, Scene 2.
Table des matires - VII -
EPFL thse n 2195 (2000)
Table des matires
Table des matires..................................................................................... VII
Rsum.....................................................................................................XIII
Summary................................................................................................... XV
Remerciements........................................................................................XVII
Liste des symboles....................................................................................XIX
Liste des Figures ................................................................................... XXIII
Liste des Tableaux...............................................................................XXXIII
1 Introduction............................................................................................1
PARTIE I: CONTEXTE DE L'TUDE .......................................................5
2 Position du problme..............................................................................7
2.1 Gnralits ............................................................................................................. 7
2.2 Mcanismes dissipatifs........................................................................................... 9
2.3 Viscolasticit du bton........................................................................................ 10
2.4 Aspects nergtiques de la croissance de fissures ............................................... 11
2.4.1 Gnralits ................................................................................................... 11
2.4.2 Cas d'un matriau linaire lastique ........................................................... 11
2.4.3 Cas d'un matriau viscolastique linaire ................................................... 13
2.5 Objectifs de la thse ............................................................................................. 14
2.6 Travaux raliss ................................................................................................... 14
3 Etude bibliographique et thorique......................................................15
3.1 Prambule ............................................................................................................ 15
3.2 Structure du bton durci....................................................................................... 15
3.3 Phnomnes associs la rupture du bton ........................................................ 19
3.3.1 Gnralits ................................................................................................... 19
- VIII - Etude exprimentale des couplages viscolasticit croissance des fissures dans les btons de ciment
3.3.2 Croissance de fissures .................................................................................. 19
3.3.3 Effets d'engrnement .................................................................................... 26
3.3.4 Effet d'chelle sur les proprits apparentes ............................................... 27
3.3.5 Influence de l'histoire de sollicitation .......................................................... 28
3.4 Viscolasticit des btons..................................................................................... 32
3.4.1 Gnralits ................................................................................................... 32
3.4.2 Mcanismes physiques ................................................................................. 32
3.4.3 Influence de la structure htrogne granulaire du bton........................... 33
3.4.4 Influence de la microfissuration................................................................... 34
3.5 Mcanique de la rupture des btons - historique ................................................. 35
3.5.1 Gnralits ................................................................................................... 35
3.5.2 Mcanique de la rupture linaire lastique et adaptations.......................... 35
3.5.3 Modles de fissures cohsives ...................................................................... 35
3.5.4 Modlisation des couplages viscolasticit-croissance de fissures ............. 38
3.6 Approches nergtiques de la rupture des composites granulaires..................... 39
3.6.1 Prambule .................................................................................................... 39
3.6.2 Critre de rupture......................................................................................... 39
3.6.3 Fissure Nominale et Fracture Process Zone................................................ 41
3.6.4 Expression des fonctions thermodynamiques pour un matriau viscolastique linaire ...................................................................................................... 41
3.6.5 Spectre continu............................................................................................. 43
3.6.6 Pseudo-convolution...................................................................................... 44
3.6.7 Taux de restitution d'nergie dans le cas viscolastique ............................. 45
PARTIE II: ETUDE EXPERIMENTALE .................................................47
4 Mthodologie ........................................................................................49
4.1 Contraintes respecter ........................................................................................ 49
4.2 Essai de fendage par coin .................................................................................... 51
4.2.1 Dveloppements antrieurs .......................................................................... 51
4.2.2 Choix du systme.......................................................................................... 54
4.2.3 Validation de l'essai ..................................................................................... 57
4.3 Mesures internes de dformations........................................................................ 58
4.3.1 Fibres optiques avec rseaux de Bragg ....................................................... 58
4.3.2 Dtermination des dformations .................................................................. 61
Table des matires - IX -
EPFL thse n 2195 (2000)
4.3.3 Equipements de mesure................................................................................ 62
4.4 Mesure des missions acoustiques ....................................................................... 64
4.4.1 Principe de la mesure................................................................................... 64
4.4.2 quipements de mesure................................................................................ 64
4.4.3 Traitement des donnes................................................................................ 65
4.5 Mesure externe de longueur de fissure ................................................................ 66
4.5.1 Gnralits ................................................................................................... 66
4.5.2 Technique de mesure par jauge conductrice................................................ 66
4.5.3 Traitement des donnes................................................................................ 68
4.5.4 Validation de la technique de mesure .......................................................... 69
4.6 Prparation de l'essai........................................................................................... 71
5 Description des matriaux utiliss ........................................................49
5.1 Critres de choix .................................................................................................. 73
5.2 Composition ......................................................................................................... 73
5.3 Prparation des prouvettes................................................................................. 73
5.4 Caractrisation des matriaux ............................................................................. 75
5.4.1 Gnralits ................................................................................................... 75
5.4.2 Mthodes d'essai .......................................................................................... 75
5.4.3 Iden
