Lifetime of concrete dam models under constant loads

This paper presents the results of crack creep tests on three dam models (240 cm high) made with three types of concrete, with maximum aggregate size Φ equal to 3.15, 12 and 25 mm. In order to characterize the material a series of tensile tests was performed for each kind of concrete. In this way the static parameters (Young’s modulusE, ultimate tensile strength σ _u , compressive strength σ _c , fracture energyG _F ) and creep laws were obtained. The tests on the dam models were performed in many phases: in the last one, the load was kept constant in order to examine the effects of concrete relaxation in terms of Crack Opening Displacement and crack propagation. Through the Cohesive Crack model it was possible to simulate the experimental results on gravity dam models by using the creep laws obtained from tensile test. Numerical and experimental results (failure lifetime, load vs. C.M.O.D. (Crack Mouth Opening Displacement), C.M.O.D. vs. time, load vs. time, crack trajectories) were found to be in good agreement.

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Résumé Ce travail présente les résultats d’essais de fluage dans la zone endommagée sur trois modèles de barrage en béton (hauts de 240 cm) avec une dimension maximale des granulats de 3, 15, 12 et 25 mm. Le matériau a été caractérisé par des essais de traction pour chaque type de béton. Ainsi ont été déterminés les paramètres statiques (module de Young, résistance maximale à la traction, résistance à la compression, énergie de rupture) et les lois de fluage du béton. Les essais sur les modèles de barrages ont été conduits en plusieurs phases: dans la dernière, la charge a été gardée constante afin d’examiner les effets de relaxation du matériau en termes d’ouverture de la fissure et de sa propagation. à travers le modèle de la fissure cohésive, il a été possible de simuler les résultats expérimentaux des essais sur les modèles de barrage en appliquant les lois de fluage obtenus dans les essais de traction. Les résultats numériques et expérimentaux (durée de vie à la fatigue, courbes de charge-ouverture de la fissure, ouverture de la fissure temps, trajectoires des fissures) se sont révélés en bonne corrélation.

     

Fracture behavior of SFRC slabs on grade

In concrete pavements, steel fibers are particularly suitable both for limiting shrinkage effects and for increasing the bearing capacity and fatigue resistance. In the present paper, the fracture behavior of steel-fiber-reinforced concrete slabs on grade is studied by using Non Linear Fracture Mechanics FE analyses, based on both smeared and discrete crack models. The fracture mechanics models have been validated by results from experiments on full scale slabs on elastic soil subjected to a load in the slab center. The comparison shows that NLFM analyses closely predict crack development, ultimate load and the collapse mechanism of slabs on grade. The smeared crack approach has been used for studying different loading conditions since it does not need an a-priori knowledge of the crack pattern.

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Résumé Dans les pavement en béton, la présence de fibres d'acier est particulièrement avantageuse pour non seulement réduire le retrait, mais aussi la capacité portante. Dans le présent article, nous analysons le comportement d'un tablier de béton de fibres, posé à même le sol, à travers une approche basée sur la mécanique de rupture non linéaire dans laquelle des fissures réparties et discrètes sont utilisées. L'approche mécanique de la rupture a été valide pas de essais (en taille réelle) en laboratoire soumis à une charge ponctuelle au centre. L'analyse des résultats démontre que la mécanique de rupture non linéaire peut prédire la propagation des fissures, la charge limite, et le mécanisme d'effondrement. Les fissures réparties ont été utilisées pour analyser différents cas de charge puisque la direction de la fissuration ne doit pas être connue au préalable.

     

Concrete crack repair by stitches

An analytical scheme is developed for the use of stitches in repairing concrete cracks. The model provides guidelines for selecting the steps, locations and cross-sectional area of the stitches. The proposed model is based on the superposition technique in fracture mechanics in conjunction with a simple pull-out model established in this paper. The proposed fracture model assumes that the final stitch elongation is equal to the final crack mouth opening displacement. The final crack mouth opening displacement is equal to: (1) the external loads opening of the mouth ignoring the stitch's contribution, and (2) the arrest caused by the stitch itself. In this paper, the problem chosen for this purpose is a beam with an edge notch at the center. The beam is subjected to a concentrated load at the mid-span. The analytical solution for a homogeneous beam with edge notch is given in the literature. The predicted results of stitch forces and the critical stress intensity factor are compared to those obtained experimentally.

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Résumé On développe un schéma analytique utilisant des points de suture pour réparer des fissures dans du béton. Ce modèle fournit des directives pour les étapes, la localisation et la superficie transversale des points de suture. Il se base sur la technique de superposition de la mécanique de la rupture en conjonction avec un modèle simple de l'arrachement présenté dans cet article. Le modèle suppose que l'élongation finale de la suture sera égale au déplacement final de l'ouverture de la fissure. Ce déplacement final est égal à (1) l'ouverture de la fissure résultant de la charge externe sans tenir compte de la suture et à (2) l'arrêt résultant de la suture elle-même. Dans cet article, le problème est étudié sur une poutre ayant, au centre, une entaille sur le bord. La poutre est soumise à une charge concentrée au milieu. La solution analytique pour une poutre homogène avec une entaille sur le bord est fournie par la littérature. Les résultats prévus concernant la force des sutures et le facteur d'intensité de la contrainte critique sont comparé à ceux obtenus expérimentalement.

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Experiments on concrete under repeated uniaxial impact tensile loading

The fatigue behaviour of concrete was a new aspect in the experimental program focused on the behaviour of concrete subjected to uniaxial impact tensile loading. The results obtained in repeated impact tensile loading tests (at stress rates of 2–6 N/mm². ms) indicated that the impact fatigue was associated with progressive crack propagation resulting in accumulative damage of concrete. The upper stress limits varied between 1.7 and 0.6 times the static tensile splitting strength and specimen withstood 1 to 6,055 loading cycles respectively. The influence of water-cement ratio, cement content, specimen humidity, loading/casting direction and compressive strength upon the impact fatigue tensile strength of concrete was studied. The phenomena observed are discussed with the aid of fracture mechanics concepts.

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Résumé Un aspect nouveau dans la recherche du comportement du béton soumis en traction uniaxiale à des charges de choc est le comportement à la fatigue. Ce problème de fatigue a une grande importance pour des pieux de fondation. On a obtenu 89 résultats en faisant des essais répétitifs de choc en traction où la vitesse de mise en tension variait entre 2 et 6 N/mm². ms. Les limites des contraintes ont varié entre des valeurs égales à la résistance du choc en traction uniaxiale (1,7 f_b,r) et 0,6 fois la résistance statique à la traction par fendage. Les éprouvettes ont résisté à des variations de charge de 1 à 6 055. Les résultats montrent que la fatigue au choc allait de pair avec une augmentation progressive de la fissuration provoquée par la dégradation accumulative du béton. Il a été constaté que la résistance du béton à un effort de chocs repétés en traction augmente quand la valeur du facteur eau-ciment et la teneur en ciment augmentent. L'humidité des éprouvettes n'influence pas la résistance à la traction par chocs répétés. La résistance déterminée sur des éprouvettes chargées perpendiculairement à la direction du bétonnage était plus élevée que la résistance mesurée dans un essai où la direction de chargement et du bétonnage étaient parallèles. En général un béton de qualité inférieure a une meilleure résistance aux chocs répétés. On propose des explications des phénomènes observés par les théories de la mécanique de la rupture.

     

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.

     

Size effect and boundary conditions in the Brazilian test: Experimental verification

The effect of both size specimen and boundary conditions on the splitting tensile strength, determined from the Brazilian test, were studied experimentally. A total of 110 splitting tests of granite and mortar specimens were performed, using cylindrical and prismatic specimens of sizes between 17 mm and 300 mm. To analyze the effect of the boundary conditions, the specimens were tested with different widths of load bearing strip in the range of size recommended by the standards. The influence of the rupture mode (stable or unstable crack propagation) on the splitting tensile strength was also explored. The results of the tests were compared with the theoretical predictions obtained from a closed form analytical expression based on the cohesive crack model. The validity of the classical limit strength theory for larger size specimens was also analyzed. The results indicate that the splitting tensile strength depends strongly on specimen size and on the boundary conditions of the test. As the size of the specimen increases and the relative width of the bearing strip decreases, the splitting strength tends asymptotically to the minimum value coincident with the tensile strength. The dependence of the Brazilian test on the specimen size and boundary conditions closely follows the predictions of the cohesive crack model.

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Résumé L'influence de la taille et des conditions de bords sur la résistance mécanique à la traction indirecte (essai brésilien) ont été déterminés à partir des essais de compression diamétrale. On a essayé un total de 110 éprouvettes, en granite et en mortier. Les échantillons employés étaient prismatiques et cylindriques, de dimensions comprises entre 17 mm et 300 mm. Afin d'analyser l'effet des conditions d'essai, les échantillons ont été testés avec différentes largeurs d'appuis, dans l'intervalle conseillé par la norme. L'influence du mode de rupture (propagation stable ou instable) sur la résistance mécanique à la traction a été aussi testée. On a comparé les résultats des essais avec les prévisions théoriques obtenues moyennant une expression analytique fermée qui s'appuie sur le modèle de la fissure cohésive. La validité de l'approche de la contrainte limite a été analysée pour des éprouvettes de plus grande taille. Les résultats montrent que la résistance à la traction des éprouvettes est étrotement liée à la taille et aux conditions de l'essai. Quand la taille de l'éprouvette augmente et la largeur relative de l'appui diminue, la résistance atteint une limite qui correspond à la résistance à la traction. L'essai de compression indirecte (essai brésilien) dépend de la taille de l'éprouvette et des conditions de l'essai, en accord étroit avec les prévisions du modèle de la fissure cohésive.

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Editorial Note Prof. M. Elices and Prof. J. Planas are RILEM Senior Members. Both participate in the work of RILEM Technical Committee QFS (Size effect and scaling of quasibrittle fracture) Prof. Elices also participates in RILEM TC 147-FMB (Fracture mechanics applications to anchorage and bond) and 148-SSC (Test methods for the strain softening response of concrete). Prof. G. Guinea is the 1994 Robert l'Hermite medallist.     

A comparison between bending and diametral fatigue tests for bituminous materials

This paper presents laboratory fatigue results on five bituminous paving mixtures, including a Hot Rolled Asphalt, a Dense Bitumen Macadam and a Stone Mastic Asphalt. Centre-point bending fatigue tests were conducted on prismatic beam samples cut from laboratory prepared slabs and the strain/fatigue life relationships were achieved for the five mixtures. Cylindrical samples were produced by coring identical slabs of the five mixtures and were tested in the diametral fatigue test to establish the corresponding fatigue relationships. Also, the theoretical approach used to deduce the applicability of the diametral test as a fatigue testing tool for bituminous materials is discussed. A typical pavement model was then developed to calculate the load-induced strains in each of the five mixtures used as wearing courses. These strains, together with the developed fatigue relationships, were used to predict the fatigue lives of the five mixtures from the two techniques. The main findings of the paper are that, at low strain levels, the fatigue lines of the five mixtures obtained from the diametral test assume similar relative positions to those from bending tests. However, there is a significant difference in the estimated fatigue lives resulting from the two techniques. Fatigue equivalence ratios have been derived to emphasize this difference.

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Résumé Cet article présente les résultats d'essais de fatigue mesurés en laboratoire sur cinq mélanges bitumineux de revêtement, dont un Hot Rolled Asphalt, un Dense Bitumen Macadam et un Stone Mastic Asphalt. Les essais de fatigue par flexions à partir d'un point central ont été effectués sur des échantillons de poutre prismatique prélevés sur des dalles fabriquées en laboratoire. Les relations contrainte/durée de fatigue ont été obtenues pour les cinq mélanges. Les échantillons cylindriques ont été prélevés à partir de dalles identiques à celles utilisées pour la flexion des cinq mélanges. Ils ont été testés par l'essai diamétral de fatigue, afin d'établir les relations de fatigue correspondantes. L'approche théorique utilisée pour déterminer l'applicabilité de l'essai diamétral en tant qu'outil de mesure du degré de fatigue des mélanges bitumineux est également présentée. Un modèle de revêtement typique a alors été dévéloppé pour évaluer les contraintes provoquées par les charges dans chacun des cinq mélanges, en tant que couches d'usure. Ces contraintes, ainsi que le développement des relations de fatigue, ont servi à prévoir la durée de fatigue des cinq mélanges obtenus par les deux techniques. Il résulte des principales découvertes décrites dans l'article qu'à de faibles niveaux de contraintes, les courbes de fatigue obtenues pour les cinq mélanges à partir de l'essai diamétral adoptent des positions relatives, similaires à celles des essais par flexions. Cependant, les résultats issus des deux techniques concernant la résistance à la fatigue divergent de manière significative. Les ratios équivalent de fatigue viennent accentuer cette différence.

     

Adaptation d'un algorithme de Bazant au calcul des multilames visco-élastiques vieillissants

Rappel d'un algorithme numérique dû à Bazant, et permettant la résolution pas à pas des équations de Volterra de la visco-élasticité linéaire avec vieillissement. Application de cet algorithme au calcul pas à pas de l'évolution de la déformation moyenne et de la courbure dans une structure hétérogène du type multilame (stratifié ou fibré assimilable à des poutres hétérogènes chargées dans un plan de symétrie avec conservation des sections planes). Calcul pas à pas des déformations et contraintes dans chaque lame au niveau des interfaces. Calcul des flèches, en une section pour différentes portées ramené à celui d'une portée type et décomposé en deux cas d'importance pratique: courbure parabolique (charge transversale uniforme) et courbure constante (moment constant, charge axiale excentrée sans effets, du2 ^c ordre; variations dimensionnelles des matériaux constitutifs). Prise en compte de la précontrainte qui entre dans le formalisme génèral moyennant l'attribution à l'acier d'une prédéformation égale à l'opposé du quotient de la précontrainte initiale par le module d'élasticité instantané de l'acier. Indications pratiques sur le programme MULTIVIBAZ et exemple de résultats.     

Analysis of metallic fibre-reinforced concrete beams submitted to bending

Increasing the use of metallic-fibre reinforced concrete (MFRC) in structures is related to the definition of analytic methods. In choosing a pertinent kinematic mechanism, the principles deduced from reinforced concrete analysis may be applied to these materials, provided that the material behaviour has been determined. Thus, a model of the bending behaviour of beams is proposed based on the equilibrium of forces in a cracked section. This approach explicitly takes into account the crack opening. To provide an adequate material behaviour, a uniaxial tensile test is presented. It gives a Force-Crack Opening relationship. Samples are cored in the beams to represent thein-situ material. Calculations are compared with experimental data. These tests were performed using three types of fibres and two beam sizes. An extension of the approach to combined flexure and axial load is compared with data appearing from the literature.

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Résumé Le développement de l'utilisation des bétons renforcés de fibres métalliques dans les structures est lié à la définition de méthodes de calcul. à partir d'un mécanisme cinématique pertinent, les principes utilisés pour le calcul de structures en béton armé peuvent être adaptés à ces matériaux, à condition de déterminer correctement leur comportement. On propose ainsi une modélisation de poutres, soumises à une flexion, basée sur l'équilibre d'une section fissurée. Ce modèle prend explicitement en compte l'ouverture de fissure. Un essai de traction uniaxiale est utilisé pour déterminer le comportement du matériau. Il fournit une relation effort-ouverture de fissure. Les éprouvettes sont carottées dans les poutres afin de représenter le matériauin situ. Le modèle est comparé à des résultats expérimentaux. Les essais ont été réalisés en utilisant trois types de fibres et deux géométries de poutres. Une extension de l'approche à la flexion composée est comparée à des résultats de la littérature.

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Editorial note: Pierre Rossi is working at the Laboratoire Central des Ponts et Chaussées, a French RILEM Titular Member. Pierre Rossi was a member of RILEM Technical Committee 90 FMC on Fracture Mechanics of Concrete, he is still active as a member of the Editorial Group of this committee. He is also participating in the work of the recently set up Technical Committee on Test and Design Methods for Steel Fibre Reinforced Concrete.     

Creep of Portland cement paste at sub-zero temperature

Describes uniaxial creep tests on Portland cement paste specimens at sub-zero temperature. During the course of the tests the stress-strength ratio was maintained constant by continuously increasing the applied load. Linearity was found to hold in low-temperature tests where specimens were loaded at various degrees of maturity, but where hydration under sustained load was halted.

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Résumé On rend complte d'une étude du fluage uniaxial du ciment Portland à des températures inférieures à O°C. Il a été choisi un rapport eau/ciment de 0,5. Les éprouvettes, après la cure initiale, ont été confinées dans des moules d'acier. Les éprouvettes, de 7,62×12,70×35,56 cm, ont été entreposées pour différentes durées dans une enceinte maintenue à 75% d'humidité relative et à 24°C, avant d'être soumises, dans une chambre froide à −11°C, à une charge continue. En tout 9 éprouvettes ont été essayées. Ces éprouvettes ont été coulées en même temps que des cylindres qui ont servi à déterminer la résistance; les éprouvettes, elles, servaient à l'observation du phénomène, et l'on faisait varier les charges qu'on leur appliquait de telle sorte que le rapport contrainte/résistance était maintenu constant à 0,15. Alors que la procédure idéale d'essai aurait exigé une variation continue et graduelle de la charge appliquée, la méthode ici a été de modifier la charge par paliers. Partant d'une valeur connue, par exemple 15% de la résistance à un jour, la charge a été ajustée périodiquement. Cinq des 9 éprouvettes ont été chargées à 1, 6, 7, 17 et 28 jours après le coulage et maintenues sous charge pendant 28 jours. Pour toutes les éprouvettes, on a noté les observations initiales puis, après application de la charge requise, de nouvelles observations ont été faites. La fréquence des observations a ensuite varié selon l'age de l'éprouvette. Les 4 autres éprouvettes ont servi aux mesures d'élasticité et de retrait. Les mesures d'élasticité ont été également faites sur les 5 premières éprouvettes lors du premier chargement et de nouveau une fois que tous les relevés de fluage ont été faits. A partir de ces résultats, des familles de courbes de fluage longitudinal ont été obtenues pour les éprouvettes à différents ages de chargement. Après un temps donné, les valeurs du fluage sont les mêmes pour toutes les éprouvettes aux différents ages de chargement. Les essais en chambre froide ont ainsi prouvé que l'hypothèse: Fluage=CN, où C est une constante et N le rapport contrainte/résistance, reste valide quelle que soit la maturité au chargement, à condition que le procédé de maturation soit arrêté avant le chargement.

     

One-dimensional water transport in covercrete—application of non-destructive methods

Summary One-dimensional water transport in cores of different concrete types with a moulded surface at one end was investigated by the simple measurement of mass changes during suction and by evaporation tests. Non-destructive methods (magnetic resonance imaging (MRI) and x-ray tomography) were applied successfully to the localization of water distribution within the concrete during such tests. Before the suction test was carried out, all samples were stored for 18 months under constant climatic conditions (35% RH, 70% RH, or 90% RH) to avoid inhomogeneous humidity distributions. They were then sealed with aluminium tape (epoxy in the MRI measurement) on all faces except the moulded surface, thus guaranteeing one-dimensional flow.

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Resume Le transport de l'eau dans le béton d'enrobage est l'un des facteurs agissant le plus sur la durabiliteé des constructions en béton, en raison des effets notables qui en résultent sur la perméabilité au gaz, l'échange gazeux et le transport d'halo?des et, par voie de conséquence, sur la corrosion de l'armature. Le transport de l'eau peut être quantifié simplement en procédant à des essais classiques d'absorption et d'évaporation. Une série d'essais de ce type ont été réalisés à l'EMPA. A cet effet, on a utilisé des carottes de petit diamètre (50 mm) et de différentes longueurs, munies à une extrémité d'une face de coffrage et provenant d'éléments de murs agés de 4 à 5 ans, et qui ont été stockées dans des conditions climatiques constantes, jusqu'à 1 année et demie avant l'essai d'absorption. Le béton pouvait donc être considéré comme totalement hydraté et la réparitition de l'humidité dans les carottes était homogène au moment du démarrage des essais d'absorption. Quatre catégories de béton, différenciées par leur rapport eau/ciment (0,5; 0,6) et la teneur en air (2% vol.; 5% vol.) ont été examinées. La teneur et la granulométrie des granulats (diam. max. des grains: 32 mm) et, par conséquent, la quote-part volumétrique et la structure ‘externe’ de la pierre de ciment étaient identiques pour toutes les catégories de béton essayées. Il est évident que les essais d'absorption et d'évaporation ne permettent de tirer que des conclusions à caractère global sur le transport de l'eau. Il n'en ressort aucune information sur la répartition géométrique de l'eau pendant les essais; pour cela, il est nécessaire d'avoir recours à des méthodes de mesures tomographiques non destructrices. Pour l'étude en cours, on a utilisé avec succès la radio-tomographie assistée par ordinateur et l'imagerie par résonance magnetique (IRM). En particulier, au moyen de l'IRM au deutérium, il a été possible, lors d'essais d'absorption, de rendre visibles des fronts ascendants; il semble donc raisonnable d'utiliser plus fréquemment cette méthode dans le cadre des recherches sur le transport de l'eau dans le béton d'enrobage. Les résultats des essais ont permis de tirer quelques conclusions plus précises sur le transport de l'eau. On a pu constater, entre autres, que le béton d'enrobage se distinguait de manière évidente, également dans ce domaine, du béton interne et que les dérives observées quant à l'absorption de l'eau, par rapport à la ‘loi de la racine carrée du temps’, ne semblaient pas être provoquées par une répartition non homogène de l'humidité mais par la structure du système poreux capillaire. La comparaison de mesures IRM au deutérium avec des essais d'absorption classiques a permis de définir un modèle de pénétration d'eau dans un système poreux partiellement rempli.

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EMPA Department Concrete/Binding Agents     

Shear strength of reinforced aerated concrete beams with shear reinforcement

The paper reports on the analysis of shear strength of reinforced beams made of autoclaved aerated concrete with shear reinforcement. The test data are taken from three different investigations from three countries, in Europe and Japan, and include 61 tests. The analysis of the test data results in regression expressions, suitably modified from a formula used for ordinary concrete members, and shows good agreement with test values. Appropriate expressions are suggested for design.

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Résumé Ce rapport présente l'analyse de la résistance au cisaillement de poutres en béton cellulaire armées (AAC), avec armatures d'effort tranchant. Les résultats d'essais sont pris parmi trois recherches différentes dans trois pays, en Europe et au Japon, et ils regroupent 61 essais. La charge dans la majorité des essais consistait en deux forces symétriques (voir Fig. 1). Dans quelques cas, il y avait une charge en ligne à mi-portée; dans d'autres cas, une charge en ligne était appliquée près d'un appui. Aucun essai n'a été exécuté avec une charge uniformément répartie. Une formule du type de l'équation 1 prenant en compte, les trois variables principales a été utilisée depuis longtemps dans le cas du béton armé sans armature d'effort tranchant. A partir de son développement théorique, cette formule a été adaptée par le passé au béton cellulaire d'ou l'équation 2. Pour les poutres avec armatures d'effort tranchant, l'équation 3 représente l'addition de la résistance au cisaillement due au béton à celle due aux armatures d'effort tranchant. Les résultats d'essais sont présentés dans le Tableau 2, y compris les résistances au cisaillement prédites à partir de l'équation 3 avec les coefficients de régression calculés en utilisant le programme SYSTAT sur un ordinateur personnel. Les résultats des régressions sont donnés dans le Tableau 4 et l'expression finale dans l'équation 4. Dans l'optique du dimensionnement, des valeurs minimales de la résistance ultime au cisaillement avec un seuil de confiance de 90% sont présentées dans l'équation 5. L'analyse rapportée dans cet article fournit des expressions fiables pour la prédiction de la résistance au cisaillement de poutres en béton cellulaire armées avec armatures d'effort tranchant.

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Long-time fatigue properties of high yield reinforcing bars

Fatigue tests were conducted on beam specimens containing reinforcing bars. 6 bars from five US manufacturers were evaluated. Each bar was embedded as main reinforcement in a concrete beam. 5 bars were evaluated at target stress ranges of 2 ksi (13.8 M Pa) below the mean fatigue limit at 5 million cycles. 1 bar was loaded at a target stress range of 4 ksi (27.6 M Pa) below the mean fatigue limit. Bars in five specimens fractured due to fatigue. Failures occurred between 31 and 471 million cycles of repetitive loading. 1 bar survived over 1 billion cycles. It is concluded that at a stress range below the fatigue limit set in the AASHTO Specifications, straight reinforcing bars will survive the stress induced cycles during the service life of a highway bridge without fracture. Deflection measurements during fatigue loading showed creep under cyclic loading.

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Résumé On a réalisé des essais de fatigue sur des poutres d'épreuve armées. Six fers à béton de cinq fabricants américains ont été évalués. Chaque fer a été placé comme armature principale dans une poutre de béton. Pour cinq fers on s'est fixé des gammes de contraintes de 13,8 M Pa sous la limite moyenne de fatigue à 5 millions de cycles. L'un des fers a été chargé en visant un ordre de contrainte de 27,6 M Pa sous la limite moyenne de fatigue. Les fers de cinq des corps d'épreuve se sont rompus en fatigue. Les ruptures se sont produites entre 31 et 471 millions de cycles de charges répétées. L'un des fers a survécu à un million de cycles. On en conclut que pour un ordre de contrainte sous la limite de fatigue définie dans les spécifications AASHTO, les fers d'armature droits endureront sans rupture les contraintes induites par des charges cycliques dans la durée de service d'un pont-route. La mesure des flèches accusées sur/sous chaque charge de fatigue montre du fluage sous sollicitation cyclique.

     

Strength of concrete subjected to high temperature and biaxial stress: Experiments and modelling

The mechanical behaviour of normal weight concrete subjected to high temperature and biaxial stress is not well understood. The investigation reported is twofold. The strength is studied of unsealed concrete and mortar incorporating quarzitic aggregate and bound by Portland cement and subjected to high temperature and biaxial stresses. This involves short-term tests and includes the influence of the composition. Additionally a mechanical model is developed for the failure of concrete subjected to these stresses which incorporates not only the main variable temperature, but also compositional variables which have a significant influence on the strength of concrete at high temperatures.

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Resume Le but de cette recherche était d'améliorer nos connaissances sur la résistance du béton soumis à de hautes températures ainsi qu'à des contraintes biaxiales. De nombreux essais ont été menés sur des éprouvettes non scellées de béton et de mortier à base de CPA. On a aussi étudié, outre le type de sollicitations, l'influence des paramètres de composition les plus importants. Les essais ont révélé que, dans tout le domaine des sollicitations biaxiales en compression, la composition influence directement la diminution de la résistance du béton en fonction de l'augmentation de la température. Le diamètre maximal des granulats s'avère être un facteur déterminant alors que la nature de ces derniers et le rapport eau/ciment n'ont en général que des effects secondaires. L'amplitude de ces influences diffère. Comme le montrent les essais à température normale, les valeurs de la résistance du béton sont affectées par sa composition avant la désintégration de la portlandite entre 450°C et 550°C. Afin de généraliser le comportement observé, on a modélisé la résistance du béton soumis à des contraintes biaxiales à haute température; pour ce faire, le critère de defaillance de Podgorski a été modifié afin de prendre en compte les paramètres suivants: haute température, rapports eau/ciment et granulats/ciment. Avec quelques simples essais de résistance à température normale et élevée, le modèle peut être facilement ajusté pour décrire le comportement d'un béton possédant une composition spécifique. La théorie ainsi développée est bien vérifiée par les résultats des essais.

     

A general bilinear fit for the softening curve of concrete

The softening function is the main input needed to model the fracture of concrete when using a cohesive crack approach. The simplest softening function that describes concrete behaviour reasonably well is a bilinear one. It is defined by four parameters: the tensile strength f_t, the specific fracture energyG _F, and two parameters characterizing the shape of this function. Here it is shown how these parameters can be derived from experimental measurements on notched beam tests. In particular, the parameters characterizing the shape of the function come from knowledge of the tail of the load-displacement curve and from the recorded maximum loads when similar beams of different sizes are tested.

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Resume La modélisation des fissures dans le béton par des fissures cohésives s'est avérée être un procédé très utile. Une des composantes de base du modèle est la courbe d'amollissement. Il est bien connu que la forme de cette fonction a une influence déterminante sur la réponse structurelle, en particulier sur la courbe force-déplacement. Cet article prèsente une nouvelle méthode d'identification des propriétés essentielles de la courbe d'amollissement à partir d'essais sur des poutres entaillées. Une courbe d'amollissement quelconque dépendant de quatre paramètres peut être envisagée; mais l'article est centré sur une relation bilinéaire à quatre degrés de liberté. On montre que quatre paramètres géométriques essentiels de la courbe peuvent être facilement estimés à partir d'essais classiques (les essais ASTM de module élastique et de traction indirecte-brésilien-et la recommandation de la RILEM pour la mesure de l'énergie de fracture par la méthode du travail de fracture). On applique la méthode pour déterminer ces parmètres à des résultats d'essais faits au préalable par les auteurs, et on compare les résultats obtenus pour la courbe d'amollissement GBF (de l'anglais ‘general bilinear fit’) avec d'autres approximations bilinéaires que l'on trouve dans la littérature. La différence la plus importante est que l'identification GBF montre une extrémité beaucoup plus longue que le reste des approximations. Le résultat essentiel est que toutes les approximations donent une bonne prédiction de la courbe force-déplacement dans la région proche du pic de charge, mais seule l'approximation bilinéaire à longue extrémité (GBF) donne aussi une excellente prédiction des régions post-pic et post-pic lointaine.

     

Résistance au gel-dégel du béton compacté au rouleau pour les barrages à base de liant Rolac

Ce texte présente les principaux résultats d'une étude sur la résistance au gel-dégel du béton compacté au rouleau à base de liant Rolac. Au total, 18 mélanges de béton compacté au rouleau ont été réalisés en laboratoire et soumis à des essais de gel dans l'air—dégel dans l'eau (norme ASTM C 666, procédure B). Les caractéristiques du réseau de vides d'air de tous les mélanges on été déterminées en suivant la méthode dite ‘Modified Point Count’ de la norme ASTM C457, en faisant la distinction entre les bulles d'air sphériques et les vides de compactage de forme irrégulière. Les résultats démontrent qu'il a été possible d'entraîner de l'air dans ces bétons (environ 1,5 à 2% de bulles sphériques) et que cette quantité d'air était suffisante pour protéger le béton contre le gel. En effet, tous les mélanges sans agent entraîneur d'air se sont détruits en moins de 50 cycles alors que tous les bétons fabriqués avec un agent entraîneur d'air ont passé le cap des 300 cycles de gel sans détérioration significative.     

Load transfer mechanisms in masonry: Friction along a crack within a brick

Sliding tests were performed to investigate friction under transverse compressive loading along a crack within two different perforated clay bricks. Two procedures, corresponding to two different layers of the crack's plane, respectively parallel and 45^o sloping from the direction of the brick's holes, have been followed. This is because the presence of such holes should give the block an anisotropic local behaviour. The aim of this testing is to develop the brick-to-brick local load transfer mechanism model in the sliding phase between the crack's faces; the results provide strong support for a simple, constant-friction model and lead to the evaluation of the related friction coefficient.

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Résumé Des essais de glissement ont été effectués afin d'étudier sous charge compressive transversale la friction le long d'une fissuration sur deux différentes briques perforées en argile. Deux procédures ont été suivies, correspondant à deux inclinaisons différentes du plan de la brique, respectivement, parallèle ou avec une pente de 45^o dans le sens des perforations des briques. En effet, la présence de trous dans les briques devrait favoriser un comportement localement anisotropique. L'objectif de ces essais était de déterminer un modèle de comportement du mécanisme de transfert local des charges entre les briques dans la phase de glissement entre les surfaces des briques. Les résultats semblent confirmer la validité d'un modèle de friction simple et constant, et permettent l'évaluation du coefficient de friction correspondant.

     

Low cycle fatigue of thin-walled hollow cylindrical specimens of mild steel in uni-axial and torsional tests at constant strain amplitude

An attempt has been made to examine any differences in behavior between uni-axial fatigue and repeated torsion fatigue. In order to eliminate the stress gradient effect, thin-walled hollow cylindrical specimens were used. Low cycle fatigue tests of mild steel were conducted in uni-axial and torsional loading at constant strain amplitude.

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Zusammenfassung Die Unterschiede zwischen dem Dauerbruch infolge einachsiger Belastung und dem infolge wiederholter Torsionsbelastung wurden untersucht. Um den Einfluss der Spannungsgradienten auszuschalten wurden duennwandige Hohlzylinder als Versuchsgegenstand benutzt. Nieder-Frequenzversuche an weichem Stahl under einachsiger- and unter Torsion-Belastung mit konstanter Dehnungsamplitude wurden durchgefuehrt.

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Résumé Un essai a été fait pour examiner la différence dans le compottement entre la fatigue uni-axiale et la fatigue dùe à une torsion répétée. Dans le but Weliminer Veffet du gradient de contrainte, des models cylindriques creux à paroies minces ont été utilisés. Des tests de fatigue à basses frequences sur de Vacier doux ont été effectués dans le cas de chargement uni-axial et torsionel, en gardant constante Vamplitude de la tension.

     

An analysis of the shear strength of recycled aggregates

Increasing the use of recycled aggregates in civil engineering applications has the potential to reduce the current natural aggregate consumption requirements of the construction industry. Current levels of natural aggregate production are under threat due to tighter restrictions on planning issues related to quarrying. This paper presents a study on the shear strength of recycled aggregates with relevance to the use of such materials as backfill to structures. The tests were conducted on crushed concrete and demolition debris in a 300 mm×300 mm×179 mm shear box, and the results were compared with those of a limestone aggregate. The paper also includes an investigation into the possible application of an analysis of dilatancy (originally developed for use in soil mechanics) to aggregates and in particular to those aggregates of a soft-grain type such as recycled aggregates.

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Résumé Augmenter l'utilisation des granulats recyclés dans des applications de génie civil pourrait réduire la demande actuelle par l'industrie de construction pour des granulats naturels. Le niveau existant de production des granulats naturels est menacé par des restrictions accrues sur l'exploitation des carrières. On présente ici une étude sur la résistance au cisaillement des granulats recyclés dans le cadre de l'utilisation des ces matériaux comme remblayage d'ouvrages. Les essais ont été effectués sur du béton concassé et des débris de démolition dans une éprouvette pour essai de cisaillement (300 mm×300 mm×179 mm). Les résultats ont été comparés avec ceux obtenus pour un granulat calcaire. On présente également une investigation sur la possibilité de l'appliquer une analyse de dilatance (élaborée à l'origine pour étudier la mécanique des sols) aux granulats, et en particulier, aux granulats à grains tendres tels que les granulats recyclés.

     

Etude de la déformabilité en traction d'un béton de réparation

Résumé La durabilité des réparations non armées en béton de ciment est souvent compromise par l'empêchement du retrait du nouveau béton au contact de l'ouvrage réparé, les contraintes dues au retrait contrarié au contact béton neuf-ancien, béton pouvant causer à terme le décollement de la réparation. Le fluage permet un certain relachement des contraintes dues au retrait; il est également possible que l'ouverture d'un réseau dense et uniformément réparti de microfissures puisse permettre une relaxation des efforts internes sans compromettre l'intégrité de la matrice. L'ajout de latex, d'air entra?né ou de fibres d'acier sont des moyens reconnus pour influencer la propagation de la fissuration et ils ont été employés pour évaluer la possibilité d'influencer la capacité de relaxation des efforts de bétons comparables à ceux employés pour la fabrication de chapes minces. La capacité de relaxation de huit mélanges de béton a été évaluée par des essais de traction rapide (rupture en 2 à 4 min environ) et des essais de traction lente (rupture en 6 à 12 h) à des échéances de 2, 16 et 30 jours. Les résultats démontrent que l'ajout de latex ou d'air entra?né améliore la déformabilité mesurée lors des essais de traction rapide. La comparaison de la déformabilité, mesurée lors des essais de traction rapide et lente montre cependant que la capacité de déformation différée du béton-latex est presque nulle après une conservation à l'air de 28 jours. L'ajout de fibres d'acier améliore grandement la capacité de déformation différée à 2 et 16 jours mais pas à 30 jours. D'autres études sont nécessaires pour établir le r?le exact de l'air entra?né. Par ailleurs, il appara?t que la traction lente est une méthode plus pratiqque que les essais de retrait empêché pour étudier la déformabilité des bétons de réparation. D'autres études sont nécessaires pour établir les facteurs influen?ant le fluage et la déformation par microfissuration, du béton en tension.

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Summary Thin bonded concrete repairs are typical cases of restrained shrinkage where the gradual shrinkage of the new material bonded to an almost non-shrinking old concrete causes stress and even failure at the interface. Some stress is relieved by creep but it is also possible that the formation of a dense and well-distributed network of microcracks can allow some stress relaxation. Addition of latex, entrained air and steel fibres is known to influence crack propagation in concrete, and these materials were used to investigate the possibility of improving the relaxation capacity of typical concretes used for thin bonded concrete overlays. The relaxation capacity of eight concrete mixes was analysed by tensile tests performed at a common loading rate (failure in 2 to 4 min) and at a very slow loading rate (failure in 6 to 12 h) at the age of 2, 16 and 30 days. Results show, that addition of latex or entrained air results in more ductile concretes in rapid tensile tests but addition of steel fibres does not. Results of slow tensile tests were found to be more variable than those of rapid ones, but the same trends were observed. Comparison of total strain measured in rapid and slow tensile tests shows that the relaxation capacity of latex-modified concrete seems to become very small after 28 days of air curing; this could be explained by the sealing effect of the latex that inhibits moisture movements associated with creep. The relaxation capacity of steel fibre-reinforced concrete is significantly higher at 2 and 16 days, but this effect seems to disappear after 28 days of air curing. The exact influence of air entrainment on relaxation by a well-distributed network of microcracks will need further investigation. It is concluded that, for research purposes, slow tensile tests are a more efficient procedure than true restrained shrinkage to study repair concretes, but more tests are required to investigate parameters influencing creep and relaxation capacity of concrete in tension.