Propagation de fissure en mode 1 par fatigue dans un mortier microfibre à haute performance

Post fatigue behaviour fibre reinforced concrete : experimental and modeling analysis

• Auteur / Autrice : Kristell Fanutza
• Direction : Alain Bascoul, Ahmed Toumi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Béton armé -- Fissuration

Fatigue

Béton de fibres

Mots clés libres

Fatigue

Béton

Fibres métalliques

Fissuration

Résumé

Ce travail traite de l'étude de la propagation de fissure par fatigue en mode I dans un béton microfibré. Il couple une partie expérimentale et une partie modélisation numérique. L'étude expérimentale est effectuée sur des éprouvettes de traction encochées ou non et sur des prismes entaillés testés en flexion trois points. Elle a pour but d'une part de caractériser le comportement mécanique du matériau en mode quasi-statique (résistance à la traction, module de déformation, comportement adoucissant,) et d'autre part d'observer le processus de développement de la fissuration tant en mode quasi-statique qu'en fatigue. Pour ce second point, le vidéomicroscope est utilisé, couplé ou non à la technique de la réplique. Pour chaque mode de sollicitation, la répartition des fibres est dressée par comptage in fine sur les surfaces de fracture. Il convient de retenir que la résistance en traction de la matrice gouverne l'amorce de propagation et qu'ensuite l'ouverture est contrôlée par les fibres. Pour la composition étudiée, l'ajout de fibres ne modifie pas le module de déformation. Le comportement adoucissant dépend bien évidemment de la densité des fibres sur les surfaces de fracture. L'identification des lois de comportement contrainte-ouverture de fissure (s-w) par les essais de traction en vue d'expliquer le comportement de flexion exige que cette densité soit représentative des éprouvettes de flexion. Les observations phénoménologiques au vidéomicroscope montrent que le seuil de première fissuration en flexion se situe à 60% de la charge maximale moyenne. En fatigue, on retrouve dans le processus de propagation les phénomènes de branchements de fissures mais avec une étendue plus importante. L'étude de la cinétique d'ouverture de fissures par fatigue est menée suivant un processus accéléré, en alternant chargements statiques et chargements cycliques sur le même corps d'épreuve. Il ressort que pour des endommagements croissants la vitesse d'ouverture reste constante dans la phase de propagation stable. Elle ne dépend pas du nombre de fibres. La modélisation numérique proposée par éléments finis est de type élastique avec fissure cohésive. Le critère de propagation est défini en terme de contrainte. La loi d'évolution des contraintes sur la fissure cohésive en mode quasi-statique dérive directement des essais de traction. Le cas de la fatigue est traité en appliquant le concept de dégradation des contraintes de cohésion en fonction du nombre de cycles et du niveau d'endommagement. L'algorithme est validé sur les essais de traction et le modèle est ensuite appliqué sur les éprouvettes encochées de flexion. Finalement, il permet de prédire le comportement statique d'une éprouvette endommagée par fatigue.

This thesis reports on the study of crack growth in micro-fibre reinforced concrete under fatigue. In a combined experimental and numerical approach, crack propagation was studied under mode I crack opening. The experimental study is carried out on notched and unnotched specimens under tension and bending conditions. Three point bending fatigue tests are conducted for different increasing crack mouth openings. In order to investigate the development of cracks, microscopic observations are made by means of the videomicroscope coupled or not to the replica technique. For each stress mode, the fibre distribution in the fracture area is addressed. It was found that the matrix tensile strength governs the crack initiation and its propagation is controlled by the fibres. Moreover, adding fibres does not modify the deformation modulus. The softening behaviour depends on the fibre density in the fracture area. The identification of stress-crack opening relationship (s-w) in order to explain the bending behaviour requires that this density be representative of the bending specimens. Microscopic observations show that, under static tests, the crack initiation always appears at approximately 60% of the average maximum load. Under fatigue tests, branching phenomena are observed and they are more developed in comparison to static tests. . .