Ultrasonic and laser measurements in structural contact problems

This paper deals with two experimental techniques recently set up by the authors which enable the study of contact problems between elastic bodies. The more widely used experimental techniques for determining the response of elastic bodies in unilateral contact include moiré fringes, holography and photoelasticity. The experimental techniques proposed here utilize either the ultrasonic pulse transit time method or the laser beam intensity method. Both techniques are applied to measure the relative displacements and the contact area of beam and plate models in unilateral contact with an elastic half-space model. The experimental results, compared with those obtained by numerical analysis, show the efficiency and validity of the measurement techniques proposed.

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Resume Cet article traite de deux techniques expérimentales récemment mises au point par les auteurs, qui permettent d’étudier les problèmes de contact entre corps élastiques. Les techniques expérimentales les plus largement utilisées pour déterminer la réponse des corps élastiques dans le contact unilatéral sont la méthode du moiré, l’holographie et la photoélasticité. On propose ici deux méthodes expérimentales: l’une par la mesure du temps de réflexion ultrasonique, l’autre par la mesure de l’intensité d’un rayon laser. On applique les deux techniques à la mesure des déplacements relatifs et de la surface de contact entre des modèles de poutre et de plaque en contact unilatéral avec un modèle de semi-espace élastique. Les résultats experimentaux, quand on les compare avec ceux obtenus par analyse numérique, montrent l’efficacité et la validité des techniques de mesure proposées.

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Effect of cold drawing on susceptibility to hydrogen embrittlement of prestressing steel

This paper compares the behaviour under aggressive environmental conditions of a prestressing steel in two forms (bar and wire) of different yield strengths, to investigate the influence of this material parameter on their susceptibility to hydrogen-assisted cracking in aqueous environments. Slow strain-rate tests using pre-cracked, specimens were performed under various environment conditions. Different fatigue pre-cracking loads were used to analyse the influence of the stress state in the vicinity of the crack tip on the hydrogen-assisted cracking process. The results confirm the well-known fact that the highest-strength steel is the most susceptible to hydrogen embrittlement. A model of hydrogen diffusion in metals— including the effects of both hydrogen concentration and hydrostatic stress distribution—is proposed to explain these results on the basis of the stress-strain curve of the material. Consideration is given to compressive residual stresses induced in the vicinity of the crack tip during the fatigue pre-cracking process. The model is able to explain the different susceptibility to hydrogen embrittlement of the two steels.

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Resume On utilise couramment deux types d’aciers dans le béton armé: les aciers tréfilés (C−Mn) ou trempés (Si−Cr). Bien que leur limite élastique soit assez élevée pour garantir une durée de service normale dans la zone d’élasticité, leur résilience est moindre que celle des aciers ductiles de limite élastique inférieure, et ils sont, par conséquent, plus sujets à des défauts tels que fissures ou encoches. De plus, ces aciers peuvent se fissurer sous l’influence d’une ambinace corrosive. On compare ici le comportement dans des conditions agressives, d’un acier de précontrainte C−Mn sous forme de barre ou de fil, de limites élastiques différentes, afin d’étudier l’influence, de ce paramètre du matériau sur la fissuration favorisée par l’hydrogène en milieux aqueux et, par suite, l’effet (bénéfique ou non) du procédé de tréfilage de ce point de vue particulier. Le programme expérimental consistait en une série d’essais de déformation à vitesse lente sur des éprouvettes pré-fissurées dans des conditions ambiantes variées. On a utilisé différentes charges de pré-fissuration en fatigue pour analyser l’influence de l’état de contrainte au voisingage de l’extrémité de la fissure sur le processus de fissuration favorisé par l’hydrogène. Les résultats confirment le fait bien connu, à sovoir que le fil tréfilé (acier de haute résistance) est davantage sujet à la fragilisation par l’hydrogène que la barre laminée à chaud (résistance plus basse), ce qui montre que le tréfilage réduit la résistance d’un acier de précontrainte à la fissuration favorisée par l’hydrogène. Dans la partie théorique, on propose un modèle de diffusion de l’hydrogène dans les métaux—qui tient compte des effets de la concentration en hydrogène et de la distribution des contraintes hydrostatiques—pour expliquer les résultats expérimentaux à partir de la courbe contrainte/déformation établie pour chaque matériau. On tient compte des contraintes en compression résiduelles qui se produisent au voisinage de l’extrémité de la fissure pendant le processus de pré-fissuration en fatigue, et qui sont modélisées selon les distributions de Rice pour un matériau élastique idéalement plastique. Le modèle permet d’expliquer les différentes susceptibilités à la fragilisation à l’hydrogène des deux formes d’acier de précontrainte à haute résistance (barre et fil): après la pré-fissuration en fatigue, la barre laminée à chaud présente une zone plastique plus large que le fil tréfilé, et l’hydrogène doit couvrir une plus longue distance avant d’atteindre le point critique, ce qui explique pourquoi la barre laminée est moins susceptible à la fragilisation à l’hydrogène.

     

Determination of specific surface by the BET method

The theoretical background of the adsorption isotherm equation of Brunauer, Emmett and Teller is reviewed, together with the experimental techniques available for measuring physical adsorption of gases by solids. Examples are given to show how such measurements are used to determine the specific surface of constructional materials.

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Résumé On peut déterminer la surface spécifique par des mesures d’adsorption des gaz ou des vapeurs d’après la théorie de Brunauer-Emmett-Teller, que l’on examine ici, de même que les techniques expérimentales disponibles: méthodes statiques (volumétriques ou gravimétriques) et dynamiques plus ou moins complexes. En s’aidant d’exemples, on discute l’application de la théorie de B.E.T. à la détermination de la surface spécifique des matériaux de construction.

     

Bending of glass fibre-reinforced plastic (GFRP) plates on elastic supports

This study is concerned with the mechanical properties of a fibreglass reinforced polyester resin of laminar construction with consideration given to the application of the results to the analysis, in bending, of a plate of similar material. Tension and compression tests were performed to obtain the stress-strain relationship and ultimate stresses and strains. Because of the inherent scatter of results due to the nature of the material, average values, along with maximum and minimum limits, are determined. Flexural tests were conducted and moment-curvature relationships were obtained both theoretically and experimentally. Creep tests showed that, for loads well below the failure load, creep effects are almost negligible when the fibres are oriented to the longitudinal axis of the specimen. As the results in bending are not as scattered as those for tension and compression, this leads one to believe that they might be more appropriate for use in plate theory.

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Résumé On étudie les propriétés mécaniques d’une rśine polyester renforcée de fibres de verre et de structures laminaires, en ayant en vue l’application des résultats à l’étude en flexion d’une plaque d’un matériau similaire. Les essais de traction et de compression ont été réalisés afin d’obtenir la relation contrainte/déformation ainsi que les contrainteses et déformations ultimes. La nature du matériau déterminant une dispersion des résultats, on a fixé des valeurs moyennes comportant des limites maximales et minimales. On a réalisé des essais de flexion tant théoriques qu’expérimentaux, et obtenu des relations moment-courbure. Les essais de fluage montrent que pour des charges nettement au-dessous de la charge de rupture les effets du fluage sont presque négligeables si les fibres sont disposées longitudinalement dans l’éprouvette. Comme les résultats en flexion sont moins dispersés que ceux obtenus en traction et en compression, on peut supposer qu’ils se prêtent mieux à être utilisés dans la théorie des plaques.

     

Effect of curing conditions and concrete mix design on the expansion generated by delayed ettringite formation

Many studies have shown the effect of different parameters on the expansion induced by delayed ettringite formation (DEF), but there is not yet a general agreement on their relative effects due to discrepancies on experimental results generally attributed to different experimental conditions. The aim of this study is to assess the coupling effects between some of the main parameters of this reaction using the experimental design method. The main interactions concern two factors: temperature and duration of heating during curing. Each interaction has been subjected to statistical tests in order to be validated. The resulting empirical models can reflect the experimental fields and therefore provide useful information about the risk of expansion related to␣DEF, knowing the temperature and the duration of curing, the alkali content of the concrete, the aggregate nature and the water to cement ratio.

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Résumé De nombreuses études ont montré l’influence de différents paramètres sur les expansions induites par la formation différée de l’ettringite (DEF). En raison des divergences de résultats attribuées à des conditions expérimentales différentes, il n’existe pas d’accord unanime sur l’effet de ces paramètres. L’objectif de cette étude consiste à étudier les couplages entre certains des principaux paramètres de cette réaction par la méthode des plans d’expériences. Les principales interactions concernent la température et la durée de l’échauffement. Chaque interaction a subi un test statistique afin d’être validée. Les modèles empiriques déterminés peuvent reproduire le champ expérimental étudié et ainsi fournir des informations pertinentes sur les risques d’expansion attribuée à la DEF, à partir de la connaissance de la température et de la durée de l’échauffement, la teneur en alcalins du béton, la nature des granulats et le rapport E/C.

     

Geometric parameters which affect the short term resistance of an axially loaded glued-in rod

The pull-out strength of an axially loaded glued-in rod depends on the joint dimensions. For given materials, stresses into the joint and corresponding resistances are governed by geometric parameters. This paper aims at assessing the influence of each geometric parameter on failure modes which affect the timber element. The most significant ones are the shear failure of the adhesive/timber interface and the tensile failure of timber at the bottom of the hole. Some analytical approaches, supported by a large experimental database taken from referenced literature and checked by finite element simulations, are presented using a linear elastic modelling. Finally a proposal is made for a predictive, versatile, numerical model which requires a minimal experimental programme.

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Résumé La résistance à l’arrachement d’un goujon collé est intimement liée aux dimensions de l’assemblage. Celles-ci déterminent, pour des matériaux donnés, l’intensité des contraintes transmises par l’assemblage et les résistances correspondantes. Le présent article s’emploie à évaluer l’influence des paramètres géométriques sur les modes de rupture affectant l’élément bois: rupture en cisaillement de l’interface adhésif/bois et rupture en traction de l’élément bois. Des approches analytiques, basées sur les vastes travaux expérimentaux de la bibliographie et vérifiées au moyen de simulations numériques éléments finis, sont réalisées en élasticité linéaire. Une méthode de caractérisation, basée sur un modèle numérique paramétrable et sur un protocole expérimental allégé, est finalement proposée.

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Structural model adjustment using iterative methods

This paper reports a procedure for adjusting structural theoretical models to experimental results based on optimization techniques. It also covers some of the basic concepts of correlation techniques that are normally used to correlate natural frequencies and vibration modes. The developed method is tested performing some numerical simulations with imposed anomalies and through dynamic experimental tests in a simple supported beam. The obtained results show it can be an excellent tool for adjusting structural models and possibly for damage detection using the first vibration modes.

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Résumé Cet article présente un procédé basé sur des techniques d'optimisation pour l'ajustement des modèles théoriques de calcul de structures vis-à-vis des résultats obtenus expérimentalement. Certains concepts de base sur les techniques de corrélation qui sont normalement utilisés pour mettre en rapport les fréquences propres et les modes de vibration y sont aussi présentés. La méthode développée fut testée, soit par le moyen de simulations numériques avec des anomalies imposées, soit par le moyen d'analyse expérimentale dynamique sur des poutres sur deux appuis simples. Les résultats ont indiqué que la méthode ci-présentée peut être un outil très profitable pour l'ajustement des modèles de structures, son utilisation pour la détection de l'endommagement étant aussi envisageable à l'aide des premiers modes de vibration.

     

Determination of permeable porosity

The resistance to gas flow offered by a porous medium can be utilised in the determination of permeable porosity. Transient and steady-state transport, in both the viscous and Knudsen flow regimes, is discussed theoretically. Experimental procedures are described, and illustrated with results obtained for constructional materials.

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Résumé L’écoulement permanent des gaz dans un milieu poreux n’intéresse que les pores accessibles et qui offrent réellement une voie de passage. Dans les conditions transitoires, avant qu’un régime permanent soit instauré, sont impliqués aussi les pores en cul de sac qui, bien qu’ouverts, ne constituent pas une voie de passage. Dans les deux cas, les conditions d’écoulement dépendent aussi du rapport entre le libre parcours moyen et le diamètre des pores. Pour une faible valeur de ce rapport, l’écoulement est visqueux; pour un rapport important, un écoulement de Knudsen s’instaure. On donne ici les équations qui décrivent l’écoulement et la diffusion de ces diverses conditions, et l’on montre que la porosité perméable peut être déterminée. On décrit des méthodes expérimentalement appropriées et l’on donne des résultats typiques correspondants obtenus sur des matériaux de construction.

     

Diffraction D'un Faisceau Homocentrique de Lumière Cohérente Monochromatique et Polarisée,Par Un écran à Bords Rectilignes et Parallèles

Réalisation d'un montage optique comportant essentiellement un écran dont les bords rectilignes et parallèles diffractent la lumière cohérente monochromatique et polarisée d'un faisceau homocentrique. Le sommet du faisceau homocentrique et l'écran déterminent une région d'ombre géométrique, faiblement éclairée, où se propage uniquement la lumière infléchie provenant des bords diffringents. Ceux-ci constituent des sources cohérentes qui forment des franges d'interférences dont la configuration dépend de la position du plan sur lequel elles sont formées et de la longueur d'onde de la lumière utilisée. Une technique métrologique permet de déterminer les caractéristiques du montage optique, ainsi que la configuration des franges, avec une précision relative meilleure que 2 × 10^-4. Les résultats de nos mesures ne concordent pas avec les valeurs calculées d'après différentes théories, notamment celle qui utilise l'intégrale de la B.D.W. Cette théorie détermine, par exemple, la configuration des franges en fonction de la largeur de l'écran diffringent, et réciproquement. Or, d'après les pointés métrologiques de franges, la largeur calculée de l'écran, appelée ‘largeur optique’ est toujours plus grande que sa largeur réelle. L'écart relatif entre ces deux largeurs: 4 × 10^-4 est trop grand pour être uniquement imputé aux incertitudes expérimentales. Il faut donc rechercher un défaut de la théorie.     

Nouveaux Filtres Interférentiels Pour Le Proche Ultraviolet

Nous présentons ici une étude sur des filtres interférentiels réalisés avec des couches de cryolithe et de fluorure de plomb. Pour ces types d'empilements, la nature de la surface du substrat influe notablement sur les caractéristiques optiques du filtre et nous montrons que des couches préliminaires peuvent amener une amélioration du profil expérimental. De plus, malgré l'absorption important du fluorure de plomb, on peut réaliser des filtres double onde ayant des caractéristiques intéressantes (T max ? 50 pour cent, Δ λ ? 4 nm). Cependant, nos résultats expérimentaux sont nettement inférieurs aux prévisions théoriques. Nous pensons que ceci peut être attributé principalement au manque de sensibilité de notre système de contrôle pour certaines couches très critiques.     

Mesure de la conductivité thermique par la méthode du champ thermique unidirectionnel

Résumé Cet exposé traite du problème de la plaque chaude gardée et résume les travaux de Somers et Cyphers, de Pascal, Woodside, Pratt et Donaldson qu’il complète par des résultats expérimentaux sur les mesures de déséquilibre faisant suite aux travaux de Pascal, et donne une précision supplémentaire par la mesure directe des flux. On attire également l’attention sur l’intérêt de compléter les dispositifs lorsque la température moyenne de la mesure est proche ou inférieure à celle de l’environnement.

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Summary This paper deals with the problem of the guarded hot plate and sums up the works by Somers and Cyphers, Pascal, Woodside, Pratt and Donaldson which are completed with experimental results on the unbalance effect, as a continuation of Pascal’s works, and a supplementary precision is given concerning the direct measurement of heat flow. Attention is called as well to the interest of measures under low gradient and to the necessity of completing the devices when the mean temperature of the measure is near or inferior to the room-temperature.

     

Computational materials science of cement-based materials

This paper describes recent research and theoretical results obtained for cement-based materials using computational materials science techniques. Computer-generated microstructure models are used to simulate the microstructure development during hydration, and exact algorithms are applied to these models to compute experimentally verifiable physical properties. Good agreement is found between experimental and simulation results.

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Resume Cet article décrit les résultats théoriques d'études récentes de matériaux à matrice de ciment au moyen des techniques de modélisation appliquées à la science des matériaux. On a utilisé des modèles de microstructure obtenus par ordinateur pour simuler le développement de la microstructure pendant l'hydratation, et on applique des algorithmes exacts à ces modèles afin de calculer les propriétés physiques vérifiables expérimentalement. On trouve une bonne concordance entre les résultats expérimentaux et ceux obtenus par simulation. Cet article est une adaptation de la conférence présentée à l'occasion de la remise de la Médaille Robert L'Hermite, lors de la 46ème Réunion du Conseil Général de la RILEM à Madrid, le 1 er octobre 1992.

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This paper is a non-verbatim written account of the 1992 Robert L'Hermite Medal lecture presented at the 46th General Council of RILEM, in Madrid, Spain, 1 October 1992.     

Bending of glass fibre reinforced plastic (GFRP) plates on elastic supports

The behaviour of a fibreglass plate, subjected to a simulated hydraulic pressure and supported by a steel frame along the edges through a neoprene gasket, is investigated. The plate is analyzed theoretically as an orthotropic continuum using a direct variational technique in accordance with the Rayleigh-Ritz method. The load-deformation behaviour and the mode of failure is examined experimentally. Theoretical and experimental results are correlated empirically through Poisson’s ratio.

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Résumé On a étudié le comportement d’une plaque renforcée de fibre de verre soumise à une simulation de pression hydraulique et appuyée au bord sur un cadre d’acier par l’intermédiaire d’une garniture de néoprène. On a procédé à une étude théorique de la plaque en tant que milieu continu orthotrope, à l’aide d’une méthode variationnelle directe en accord avec la méthode Rayleigh-Ritz. On a aussi procédé à l’étude expérimentale du comportement charge-déformation et du mode de rupture. Une corrélation des résultats tant théorique qu’expérimentale a été établie empiriquement en utilisant le coefficient de Poisson.

     

Technique de mesurein situ du CTOD au bout d'une fissure de fatigue

Résumé L'ouverture de la fissure CTOD (crack tip opening displacement) constitue un des principaux paramètres mécaniques gouvernant la fissuration par fatigue. Plusieurs auteurs ont proposé des formulations analytiques issues de modèles théoriques. La connaissance de ce paramètre a permis de surmonter quelques difficultés engendrées par l'influence de la plasticité sur les mécanismes de fermeture en pointe de fissure. Souvent ces formulations font intervenir des coefficients de proportionnalité déterminés numériquement ou expérimentalement pour définir l'évolution du CTOD. Toutefois, il n'existe pas à l'heure actuelle de formulation théorique générale permettant d'accéder au CTOD sans avoir recours aux méthodes expérimentales. L'expérimentateur devra donc disposer d'une technique de mesure performante pour pouvoir quantifier ce paramètre avec plus de précision. Dans cette étude, nous proposons une technique de mesurein situ du CTOD à partir d'essais effectués sur deux alliages d'aluminium à haute résistance: le 2024-T351 et le 7075-T651. Nous étudions l'évolution du CTOD en fonction de la distanceX par rapport à la pointe de la fissure, de la chargeP, de l'environment et de la vitesse de fissuration da/dN. Une étude comparative avec des modèles numériques et expérimentaux sera faite pour mettre en relief l'effet de la fermeture et de l'environnement sur le CTOD.

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Technique de mesurein situ du CTOD au bout d'une fissure de fatigue

     

Effet de la longueur des fibres sur les propriétés mécaniques des ciments renforcés de fibres cellulosiques

On a étudié l'effet de la longueur des fibres sur les propriétés mécaniques et physiques des ciments renforcés de fibres de cellulose. L'augmentation de la longueur de la fibre renforçante améliore la résistance à la flexion, l'énergie de rupture statique, la résistance au choc et n'a pratiquement aucune influence sur le module de Young, par contre elle diminue la densité du matériau. Les résultats expérimentaux concernant le module de Young, la résistance à la flexion et la densité sont bien en accord avec les prédictions théoriques. L'examen des surfaces de rupture a montré que le mécanisme de rupture dépend aussi de la longueur des fibres incorporées; on passe du mécanisme de fibres déchaussées pour de petites longueurs de fibres au mécanisme de fibres fracturées quand la longueur des fibres devient plus importante.     

Seismic performance behavior of beam-column connections in prestressed concrete bridges

Test results for four prestressed concrete beam-column connections subjected to reversed cyclic loading are reported. The specimens were part of an experimental program designed to investigate the effect of design provisions/specifications and concrete strength on seismic performance behavior of such connections. The major design parameters varied in the specimens were the design code (AASHTO versus New Zealand codes) and the concrete strength (high versus normal strength concrete). From the test results, it was concluded that both the AASHTO and New Zealand codes provide sufficient capacities for earthquake-resistant design, and before spalling of the concrete cover, the stiffness degradation of the specimen with high strength concrete was less serious than that with normal strength concrete. To account accurately for the hysteretic behavior, a new set of rules for such connections to predict the hysteretic loops is proposed.

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Résumé On présente les résultants des essais menés sur quatre connections poutres-colonnes en béton précontraint soumises à des sollicitations cycliques inversées. Ces essais faisaient partie d’un programme expérimental ayant pour but d’étudier l’effet des spécifications pour la conception et de la résistance du béton sur la performance sismique de telles connections. Les principaux paramètres de conception que l’on a fait varier furent les codes (codes AASHTO et codes de la Nouvelle Zélande) et la résistance du béton (béton de haute résistance versus béton ordinaire). Sur la base des résultats, il a été conclu que les deux codes (AASHTO et de la Nouvelle Zélande) fournissent des capacités suffisantes pour une conception résistante aux séismes, et que, avant l’éclatement de la couverture du béton, la dégradation de la rigidité de l’éprouvette en béton de haute résistance était inférieure à celle du béton de résistance normale. Afin de prendre en compte de manière précise le comportement d’hystérésis, de nouvelles règles pour de telles connections sont proposées afin de prédire les boucles d’hystérésis.

     

A new formula for relaxation of stress-relieved steels

From the basic mechanisms of plastic deformation, a new equation for the isothermal relaxation has been derived, depending on two empirical parameters. Relaxation tests show the validity of the formula to explain isothermal relaxation losses in stress-relieved steels and to take into account the influence of the temperature up to 60°C and the initial stress up to 0.80 u.t.s. A new testing method, as deduced from the formula, for high temperature relaxation tests is proposed. Finally, the equation has been applied to test results from other authors obtaining again an excellent agreement with them.

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Résumé A partir de l’analyse des mécanismes de la déformation plastique on arrive à déduire une expression qui nous donne la déformation plastique en fonction d’une variable qui dépend de la contrainte de la température et du temps: c’est la contrainte effective. En appliquant cette expression au phénomène de la relaxation des aciers de précontrainte, on déduit une nouvelle formule qui détermine la perte de contrainte en fonction de la contrainte effective de l’acier. Cette expression est valable dans un certain intervalle de températures (20 à 60°C), et de tensions (jusqu’à 80% de la charge unitaire maximale) et l’influence du matériel n’est représentée que par deux paramètres empiriques. Pour vérifier la validité de cette expression on expose les résultats des essais qui ont été réalisés sur deux aciers stabilisés. Pour l’un de ces aciers on a exploré l’intervalle de tension et de températures considéré auparavant. Les essais à hautes températures ont été réalisés suivant une nouvelle méthode: tandis que pour les essais à 20°C la vitesse de mise en charge a été de 3,3 MN/m².s, pour les essais à 40°C la vitesse employée a été de 33 MN/m².s et pour les essais à 60°C elle était de 250 MN/m².s. Le temps de maintien de la charge initiale a été réduit à 13 secondes pour les essais à 40°C et à 1,8 secondes pour les essais à 60°C. Les résultats de ces essais s’accordent très bien avec l’expression théorique. Finalement on applique cette expression à d’autres essais qui ont été publiés par le C.U.R. et par Brachet, Jacques et Atallah et on vérifie sa validité avec les résultats de ces essais.

     

Surface resistance measurement of polyethylene using the concentric ring electrode method

The electric field has a strong effect on the surface resistance measurement of thin polymeric films. The standard method for surface resistance measurement utilizes concentric ring metal electrodes that are deposited on the specimen by vacuum evaporation of the metal. The electric voltage distribution in this system using 100 μm thick polyethylene samples under an applied d.c. voltage of 1000 V is calculated and is used to explain the experimental results obtained after the transients on the sample’s surface have ceased.

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Resume L’influence du champ électrique sur la mesure de la résistance de surface de films minces de polymères est considérable. La méthode habituelle consiste à utiliser des électrodes de métal à anneau concentrique qui sont déposées sur l’éprouvette par sublimination sous vide du métal. On calcule la distrubution du voltage électrique dans ce système à l’aide d’éprouvettes recouvertes d’une épaisseur de 100 μm de polyéthylène et on s’en sert pour expliquer les résultats expérimentaux obtenus après cessation des passages à la surface de l’éprouvette.

     

On the use of nanoindentation for cementitious materials

Recent progress in experimental and theoretical nanomechanics opens new venues in materials science for the nano-engineering of cement-based composites. In particular, as new experimental techniques such as nanoindentation provide unprecedented access to micromechanical properties of materials, it becomes possible to identify the mechanical effects of the elementary chemical components of cement-based materials at the scale where physical chemistry meets mechanics, including the properties of the four clinker phases, of portlandite, and of the C-S-H gel. In this paper, we review some recent results obtained by nanoindentation, which reveal that the C-S-H gel exists “mechanically” in two different forms, a lowdensity form and a high-density form, which have different mean stiffness and hardness values and different volume fractions. While the volume fractions of the two phases depend on mix proportions, the mean stiffness and hardness values do not change from one cement-based material to another; instead they are intrinsic properties of the C-S-H gel.

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Résumé Les récents progrès en “nanomécanique”, aussi bien sur le plan théorique qu’expérimental, ouvrent de nouvelles perspectives en science des matériaux pour la nano-ingénierie des composites à base de ciment. Grace à de nouvelles techniques expérimentales telles que la ‘nanoindentation’, qui permet d’avoir un accès sans précédent aux propriétés micromécaniques des matériaux, il devient notamment possible d’identifier les effets mécaniques des composants chimiques élémentaires à l’échelle où la chimie rejoint la mécanique; cela inclut les propriétés des quatre phases de clinkers, de la portlandite et du gel de C-S-H. Dans le présent article, nous analysons quelques résultats récents obtenus par nanoindentation; ces résultats révèlent que le gel de C-S-H existe “mécaniquement” sous deux formes différentes, l’une à faible densité et l’autre à forte densité. La valeur moyenne du module d’élasticité, de la dureté, ainsi que la fraction volumique de ces deux formes sont différentes. Alors que la fraction volumique des deux phases dépend de la formulation du mélange, les valeurs moyennes du module d’élasticité et de la dureté sont identiques d’un composite à l’autre; il s’agit de propriétés intrinsèques du gel de C-S-H.

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Editorial Note Prof. Franz-Josef Ulm is a RILEM Senior Member. He was awarded the 2002 Robert L’Hermite Medal. He is Associate Editor forConcrete Science and Engineering.