Search

International audience; Au Bénin, les déchets issus de la transformation du bois sont très insuffisamment valorisés dans une perspective de réutilisation par l’industrie du bois. Les technologies de transformation de ces produits connexes, économiquement accessibles aux populations des pays en développement, constituent un domaine très peu abordé dans la littérature internationale. Dans le présent travail, un matériau constitué d’un mélange de sciure de bois de teck et de pâte de polystyrène recyclés, suivant une technologie simple à mettre en œuvre et de type low-tech, a été caractérisé. Les résultats obtenus ont montré que les propriétés du composite varient significativement avec la granulométrie de la sciure utilisée. La masse volumique apparente du matériau est comprise entre 686 à 826 kg/m3, son taux d’absorption d’eau est inférieur à 15 % et son taux de gonflement en épaisseur est inférieur à 5 % après 24 heures d’immersion. Une corrélation élevée a été observée entre ses propriétés physiques et sa porosité qui varie de 34 et 43 % suivant la granulométrie des sciures de bois utilisées. Le composite présente un module d’élasticité en traction compris entre 582 à 1 057 MPa, une résistance en traction comprise entre 2 et 3 MPa et un coefficient de Poisson variant de 0,14 à 0,24. En compression, son module d’élasticité varie entre 270 à 470 MPa et sa résistance entre 6 à 9 MPa. Une mise en œuvre du composite ainsi élaboré peut être envisagée en substitution du bois pour des éléments faiblement chargés comme des pièces de coffrage de construction légère.

In the framework of sustainable development policies, it is essential that infrastructure owners can rely on effective repair or strengthening solutions, designed and tested in relevance to actual service conditions. In the case of steel structures, fatigue damage is a major concern that can significantly affect the lifespan of the structure, and so far, there are very few operational methods capable of preventing fatigue cracks in the field. Adhesively bonded carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composites are being successfully applied to the rehabilitation of concrete structures for more than two decades, and they are currently receiving much interest for the strengthening of steel elements, but mainly for curative purpose after severe damage has occurred. In the present study, which is part of a European project called FASSTbridge, a specific CFRP system has been developed as a preventive method against fatigue damage of steel structures. The proposed system consists of a commercially available ultra-high modulus (UHM) CFRP composite plate compatible with the stiffness of the host steel structures, which is bonded to the steel support using a novel hybrid epoxy/polyurethane adhesive. A first part of the paper presents the main specifications that should be adopted in the design of CFRP strengthening systems applied to steel structures, and that were identified from an extensive literature survey. These specifications have guided the development of the polymer adhesive and the choice of a peculiar commercial CFRP plate in the preliminary phase of the project. Experimental characterizations were then conducted (i) on the formulated hybrid polymer adhesive to optimize its curing schedule and check the previous specifications are fulfilled, and (ii) on CFRP reinforced steel specimens in order to verify the effectiveness of the proposed strengthening system. This experimental program involved both short term and durability tests that were performed by different laboratories. Such an inter-laboratory study made it possible to verify the performances of the developed strengthening system and to assess the influence of installation parameters and environmental conditions. The authors wish to acknowledge Epsilon Composite Company for supporting the study. This work is part of the FASSTBRIDGE project. This project has received funding from the European Union’s Seventh Framework Programme for research, technological development and demonstration under grant agreement no 31109806.0008. FASSTbridge is co-funded by Funding Partners of The ERA-NET Plus Infravation and the European Commission. The Funding Partners of the Infravation 2014 Call are: MINISTERIE VAN INFRASTRUCTUUR EN MILIEU, RIJKSWATERSTAAT, BUNDESMINISTERIUM FÜR VERKEHR, BAU UND STADTENTWICKLUNG, DANISH ROAD DIRECTORATE, STATENS VEGVESEN VEGDIREKTORATET, TRAFIKVERKET – TRV, VEGAGERÐIN, MINISTERE DE L'ECOLOGIE, DU DEVELOPPEMENT DURABLE ET DE L'ENERGIE, CENTRO PARA EL DESARROLLO TECNOLOGICO INDUSTRIAL, ANAS S.p.A., NETIVEI, ISRAEL - NATIONAL TRANSPORT INFRASTRUCTURE COMPANY LTD, FEDERAL HIGHWAY ADMINISTRATION USDOT

International audience; This study deals with the analysis of the propagation of thermal radiation within absorbing and scattering composite materials with rough boundaries. The two-phase system (resin matrix and fibers reinforcement) is treated as an equivalent homogeneous medium characterized by volumetric radiative properties, namely extinction coefficient, scattering albedo, and phase function whereas the interaction of the radiation with the medium boundaries is modeled with boundary scattering properties. The aim is to determine these volumetric and boundary scattering properties by an inverse analysis for parameter identification. It consists of minimizing the sum of the squared difference between calculated and measured bidirectional and normal-hemispherical reflectances and transmittances. The Gauss Newton algorithm is employed for solving this nonlinear least squares problem. The experimental data are obtained by using a visible and near-infrared spectrophotometer equipped with a goniometric system enabling measurements in different scattering directions around a sample between 0.4 and 2.5 µm. The collision-based Monte Carlo method is employed to assess the theoretical values by solving the Radiative Transfer Equation (RTE) along with boundary conditions designed for samples with rough surfaces. The proposed approach is proved to be well appropriate for determining the radiative properties of the rough composite samples. More interestingly, this study demonstrates that the scattering phase function can be modeled by the Henyey and Greenstein approximation and the boundary scattering distributions can be modeled by a Gaussian function and/or a cosine function.

iDICs 2020, Digital image correlation standards, training, and global networking virtual conference, Nantes, FRANCE, 19-/10/2020 - 22/10/2020; Glass fiber composites are preferred as 3D printed materials for aerospace applications for their improved stiffness, strength and toughness. However, the effects of the anisotropy of printed material's microstructure on their mechanical properties are still not fully understood. The microstructure of a printed material is first quantitatively investigated via X-ray computed tomography, in terms of porosity and fibers size and orientation distributions. The DIC and DVC analysis of a complex ex situ compression test is then presented. Several fracture mechanisms are observed.

CICE 2018, Conférence internationale sur les composites à matrice polymère renforcée de fibres en génie civil, PARIS, FRANCE, 17-/07/2018 - 19/07/2018; To characterize the adhesion of FRP composites bonded on concrete, the shear test is frequently used in laboratories studies. Several decades ago, CEREMA developed an experimental device able to perform a single lap shear test on FRP bonded on concrete or steel substrates. With this test, the failure mode of the studied FRP system, its maximum capacity and its anchorage length can be determined. It has also been used to study the durability of different FRP reinforcement systems subjected to hygrothermal ageing. However, this set-up is not suitable for characterization of FRP systems bonded on real structure and at that time, pull-off is the sole test available for onsite testing. Then considering that i) accelerated ageing conditions are always questionable regarding real environmental conditions, ii) that laboratory samples are not fully representative of the substrates of the retrofitted structures iii) that the pull-off test is unable to characterize the shear behavior of bonded joints and iv) that it exists a need for onsite acceptance testing, CEREMA, in collaboration with IFSTTAR, has therefore developed a specific mobile device that can be brought onsite in order to perform a shear test on a real structure.The system is equipped with a jack of capacity 100 kN, which is adapted for the shear characterization of both externally bonded FRP sheets and strips. The machine is connected to a computer equipped with an ergonomic software that controls either the load rate or the displacement rate. It gives, in real time, the stress-displacement curve, the failure force and the anchorage length. Furthermore, the test can be monitored by strain gages, which may give access to cohesive zone model of the interface.Some validation tests have already been carried out successfully on retrofitted RC bridges and the equipment will be fully qualified in 2018. In a near future, application or inspection companies will be offered the possibility to acquire this equipment.

CICE 2018, Conférence internationale sur les composites à matrice polymère renforcée de fibres en génie civil, PARIS, FRANCE, 17-/07/2018 - 19/07/2018; Steel bridges present frequent fatigue problems that reduce their load-carrying capacity and residual life. The mainstream method to strengthen steel bridges, the attachment of steel plates to the tension flange of the girders, has several disadvantages. Carbon Fiber Reinforced Polymers (CFRP) composites, though more expensive than steel plates (price per unit/m2), have relevant advantages for the retrofitting of steel bridges: their application is less intrusive to the existing structure and less time-consuming than traditional. The overall objective of FASSTbridge is to develop and demonstrate a reliable preventive, cost-effective and sustainable solution for steel bridges life-time extension using CFRP instead of steel plates. This paper will present the developed fatigue assessment tool used to determine the remaining fatigue life of steel structures and will introduce the design of reinforcement in fatigue using adhesively bonded CFRP. Finally, the gain in service life using this methodology will be presented.

SMAR 2017, the fourth International Conference on Smart Monitoring, Assessment and Rehabilitation of Civil Structures, ZURICH, SUISSE, 13-/09/2017 - 15/09/2017; The use of adhesively bonded composite reinforcement is relatively widely used for concrete structures. Yet, some questions remain regarding its use in the case of prestressed concrete structures especially in relation with the influence of existing cracking and the verification of the encountered damage phenomena at real scale. French National Organism Cerema with the help of French motorway bridge owners association ASFA and French National Research Organism IFSTTAR realized several real size experimental investigations of an old prestressed concrete beam coming from a deconstructed bridge to answer these questions (Project CLERVAL). Both flexure and shear tests up to failure were carried out and several measurement methods were used to understand the role of the composite reinforcement on the behavior of the structure and the damage scenario. Acoustic emission was one of these methods and two different systems were investigated. The proposed communication will first describe the two used acoustic systems and their dedication. A specific development will then be presented aiming at optimizing the obtained acoustic phenomena localization. Finally, main results will then be presented for both flexure and shear tests. The obtained results are currently compiled with the results from the other measurement methods. This should allow to better understand the damage process of reinforced prestressed concrete beams and to assess the precision of existing reinforcement design methods.

This study focuses on the optimization of a manufacturing process adapted to flax fibers based composites in which the components are controlled. Twelve plies unidirectional composites samples were prepared by thermocompression using unidirectional flax fibers and fluid epoxyamine resin. Temperature cycle was chosen to limit fibers degradation during fabrication. Different parameters have been studied to evaluate their influence on the mechanical properties of composites. 0° tensile specimens were tested at a 1mm/min crosshead speed. Measures were performed with a 50mm gauge length extensometer and a 100kN load cell. Furthermore, DSC analyses were performed to obtain information about cross-linking of the matrix. Properties are in accordance with the literature. Using 3bar pressure, fiber content was found to be around 46% (in volume). The density of the composite was measured using Archimedes’ principle and was valued to 1.28 when the fibers’ one was 1.45., Academic Journal of Civil Engineering, Vol 35 No 2 (2017): Special Issue - ICBBM 2017

Journées Ouvrages d'Art, METZ, FRANCE, 14-/06/2017 - 15/06/2017

GC'2017, Journées techniques, CACHAN, FRANCE, 15-/03/2017 - 16/03/2017; Le patrimoine des structures métalliques est vieillissant et confronté principalement à des problématiques de corrosion et de fatigue. Dans un contexte de développement durable, il est nécessaire de pouvoir proposer des méthodes de renforcement permettant d'augmenter leur durée de vie. L'utilisation des matériaux composites collés, relativement courante dans le domaine des structures en béton, représente une des alternatives possibles permettant le renforcement vis-à-vis de la fatigue des structures métalliques. La communication proposée s'appuie sur deux études pour illustrer les potentialités offertes par cette technologie ainsi que ses limites ou les verrous qu'il reste à lever. La première étude concerne le travail de thèse d'E. Lepretre mené en collaboration avec la SNCF et portant sur le renforcement d'éléments fissurés par composites collés. Cette étude à dominante expérimentale a permis de caractériser le transfert des efforts par collage entre différents supports métalliques (fer puddlé et acier doux et différents procédés de renforcement commerciaux). Elle a également permis de quantifier le ralentissement de la propagation des fissures dans ces différents matériaux métalliques. La seconde étude, en cours, concerne le renforcement préventif avant fissuration proposé dans le cadre du projet Européen FASSTbridge (Fast and effective Strengthening for steel bridges Lifetime extension) (fasstbridge.eu). Dans ce cadre, les apports et limites de ce type de procédé ont pu être appréhendés. Un programme expérimental complet est actuellement en cours afin de pouvoir évaluer la durabilité de ce type de renforcement. Une application sur site instrumentée est envisagée en fin de projet afin de pouvoir Îrifier la viabilité de ce type de solution.

After corrosion, fatigue phenomenon is the main cause of damage in old metallic structures. Fatigue cracks appear in stress concentration area subject to high stresses, and can lead to the ruin of the bridge. In old metallic structures, fatigue cracks mainly occur at the edge of the rivet hole and are thus difficult to detect with the common non-destructive inspection technique (NDI). Moreover, due to the poor quality of the old metallic materials, particularly puddled iron, some of the NDI techniques cannot be used. The main objective of the present work is to study the effectiveness of carbon fibre reinforced polymer (CFRP) laminates in reinforcing fatigue crack emanating from the rivet hole. Thus, investigations on small-scale specimens were done. These specimens consist of metallic plates with center hole from which one single crack emanates. Two metallic materials, puddled iron and mild steel, and two reinforcement processes were used. These reinforcement processes consist of Normal Modulus (NM) and Ultra High Modulus (HHM) CFRP laminates. Furthermore, symmetrical and un- symmetrical reinforcement configurations are considered as well as pre-stressing NM laminates before application. The experimental results showed firstly the efficiency of the different studied reinforcement configurations in slowing down crack propagation. In conclusion of this work, the achieved results, particularly those in terms of Stress Intensity Factor, could be used for reinforcement of riveted structures by CFRP bonding, taking into account the presence of rivets as well as the presence of the others elements of the assembly.; La fatigue représente la deuxième cause d'endommagement des structures métalliques anciennes après la corrosion. Celle-ci se manifeste par l'apparition de fissures, dans les zones fortement sollicitées présentant des concentrations de contraintes importantes, et peut mener à terme à la ruine de l'ouvrage. Dans le cas des structures métalliques anciennes, les fissures de fatigue s'amorcent généralement au droit des trous de rivets rendant difficile leur détection par les techniques de contrôle non destructif conventionnelles. De même, les matériaux métalliques anciens de la construction, et notamment le fer puddlé, limitent l'utilisation de certaines techniques. Dans le cadre de ce travail de thèse, l'objectif principal est d'étudier l'efficacité d'un renforcement par composites collés dans le cas de fissures de fatigue émanant de trous de rivets. Pour cela, des éprouvettes de petites dimensions, présentant un perçage central et une unique fissure de fatigue en bord de perçage, ont été considérées. De même, deux matériaux métalliques, acier doux et fer puddlé, ainsi que deux procédés de renforcement PRFC (polymères renforcés de fibres de carbone), à Module Normal et à Ultra Haut Module, sont étudiés. Pour chaque procédé de renforcement, différentes configurations de renforcement ont été testées et notamment la mise en précontrainte du plat composite MN avant collage. Cela a permis de mettre en évidence l'efficacité de la technique de collage de plats PRFC pour un renforcement à la fatigue de matériaux métalliques anciens. Par ailleurs, les expressions analytiques simples proposées pour le facteur d'intensité de contraintes pourront par la suite être utilisés pour une application aux structures rivetées en tenant compte de la présence du rivet ainsi que celle des plaques assemblées.

SMAR 2017, the fourth International Conference on Smart Monitoring, Assessment and Rehabilitation of Civil Structures, ZURICH, SUISSE, 13-/09/2017 - 15/09/2017; Though the use of adhesively bonded composite reinforcement has not been extensively applied on steel structures, it may be a good alternative to existing methods regarding the repair of old cracked steel structures, being mainly built with mild steel or puddled iron. The proposed communication will present investigations led in the framework of a Phd thesis in collaboration with French Railway company SNCF. The studied aimed at first investigating experimentally the reinforcement capabilities of different adhesively bonded composite systems on both mild steel and puddled iron cracked elements. The influence of the length of the crack and the asymmetry of the reinforcement have been studied. In addition, some investigations have also been made on the use of prestressed bonded reinforcement. The obtained experimental results allowed obtaining stress intensity factors modification coefficients that may be used in the design process. These factors have also been compared to numerical results from a developed finite element modeling procedure. Such a procedure could be a basis for the determination of other stress intensity factors for other geometries.

After corrosion, fatigue phenomenon is the main cause of damage in old metallic structures. Fatigue cracks appear in stress concentration area subject to high stresses, and can lead to the ruin of the bridge. In old metallic structures, fatigue cracks mainly occur at the edge of the rivet hole and are thus difficult to detect with the common non-destructive inspection technique (NDI). Moreover, due to the poor quality of the old metallic materials, particularly puddled iron, some of the NDI techniques cannot be used. The main objective of the present work is to study the effectiveness of carbon fibre reinforced polymer (CFRP) laminates in reinforcing fatigue crack emanating from the rivet hole. Thus, investigations on small-scale specimens were done. These specimens consist of metallic plates with center hole from which one single crack emanates. Two metallic materials, puddled iron and mild steel, and two reinforcement processes were used. These reinforcement processes consist of Normal Modulus (NM) and Ultra High Modulus (HHM) CFRP laminates. Furthermore, symmetrical and un- symmetrical reinforcement configurations are considered as well as pre-stressing NM laminates before application. The experimental results showed firstly the efficiency of the different studied reinforcement configurations in slowing down crack propagation. In conclusion of this work, the achieved results, particularly those in terms of Stress Intensity Factor, could be used for reinforcement of riveted structures by CFRP bonding, taking into account the presence of rivets as well as the presence of the others elements of the assembly., La fatigue représente la deuxième cause d'endommagement des structures métalliques anciennes après la corrosion. Celle-ci se manifeste par l'apparition de fissures, dans les zones fortement sollicitées présentant des concentrations de contraintes importantes, et peut mener à terme à la ruine de l'ouvrage. Dans le cas des structures métalliques anciennes, les fissures de fatigue s'amorcent généralement au droit des trous de rivets rendant difficile leur détection par les techniques de contrôle non destructif conventionnelles. De même, les matériaux métalliques anciens de la construction, et notamment le fer puddlé, limitent l'utilisation de certaines techniques. Dans le cadre de ce travail de thèse, l'objectif principal est d'étudier l'efficacité d'un renforcement par composites collés dans le cas de fissures de fatigue émanant de trous de rivets. Pour cela, des éprouvettes de petites dimensions, présentant un perçage central et une unique fissure de fatigue en bord de perçage, ont été considérées. De même, deux matériaux métalliques, acier doux et fer puddlé, ainsi que deux procédés de renforcement PRFC (polymères renforcés de fibres de carbone), à Module Normal et à Ultra Haut Module, sont étudiés. Pour chaque procédé de renforcement, différentes configurations de renforcement ont été testées et notamment la mise en précontrainte du plat composite MN avant collage. Cela a permis de mettre en évidence l'efficacité de la technique de collage de plats PRFC pour un renforcement à la fatigue de matériaux métalliques anciens. Par ailleurs, les expressions analytiques simples proposées pour le facteur d'intensité de contraintes pourront par la suite être utilisés pour une application aux structures rivetées en tenant compte de la présence du rivet ainsi que celle des plaques assemblées.

International audience; The excellent processing properties of knitted preforms for composite applications, as formability and permeability, are not sufficient to compensate the poor mechanical characteristics of the resulting material. Initial preform deformation is a way to improve these properties, but it modifies the permeability and changes the optimal infiltration conditions. This article presents an experimental setup and discusses the reliability of the permeability measurements. Experimental results show that the course-wise permeability is significantly modified by the deformation of the fabric, whereas the wale-wise permeability is quite insensitive to the deformation. In an equivalent isotropic system, the deformation essentially influences the anisotropy ratio.

International audience; Polymer and polymer based composite structures exhibit time-dependent response, leading to their being described as viscoelastic bodies. The rate of creep (or stress relaxation) in viscoelastic bodies increases with increasing the temperature of the bodies. In this study, we are interested in analyzing the time-dependent response of smart sandwich composites comprising of glass fiber reinforced polymer (GFRP) skins, polyurethane foam core, and lead zirconate titanate (PZT) wafers embedded in the GFRP skins. The PZT is used to monitor lifetime performance of sandwich composites. A multi-scale model is developed to integrate different constitutive models of the constituents in the sandwich structures. Quasi-static and creep tests are conducted for bulk epoxy, GFRP, polyurethane foam, and sandwich specimens under uniaxial tension and bending. The tests were done at room temperature and at 80 °C. The experimental data are used for material characterization and model verification. The multi-scale model that is developed can be used to understand the effect of different responses of the constituents on the overall time-dependent behavior of sandwich structures and examine the feasibility of using PZT wafers for monitoring lifetime performance of sandwich structures.

Issu de : Rotomoulage, Thermoformage et Soufflage (RTS 2009), 11 au 13 mars 2009, Albi, FRANCE; National audience; Optimization of Interlaminar Shear Strength (ILSS) of composites materials made by Liquid Resin Infusion (LRI) according to the manufacturing parameters. The liquid resin infusion (LRI) process is a composite manufacturing technique where liquid resin infuses through the thickness of the preform reinforcement. Understanding the physical phenomena occurring during vacuum infusion process (VIP) allowed to identify the manufacturing parameters that have the largest effects on the variation of mechanical properties of composite structures. These parameters are classified by tree sets: texture reinforcement, process configuration and process temperatures. An experimental plan was designed to identify the relationship between the manufacturing parameters and mechanical properties of infused composites. The goal of this study is to propose and optimize the mechanical properties of quadri axial carbon non-crimp-fabric (NCF)/epoxy RTM 6 composites according to the LRI process parameters. In this research, influences and effects of these parameters on the Interlaminar Shear Strength (ILSS) and the void contentVpof structures made were analysed statistically. Results showed the in-crease ofVpdepending on increasing of mould temperature and increasing of curing tem-perature of epoxy RTM 6 resin. Void content inside infused composites increases when, thenumber of carbon NCF layers which constitutes the preform reinforcement increases. Thislast result is confirmed with the consideration of the number of carbon NCF layers in aunique manner like a influenced process parameter. This result is verified also when thenumber of NCF layers is in interaction between number of high porous media (HPM) layersfabric. This fabric helps draining resin alongthe length of structure during the process. Theanalysis proved that the Interlaminar shear properties are influenced by void content.; La technique de fabrication de composites par infusion de résine (LRI : liquid resin infusion) consiste en l'imprégnation d'une résine liquide à travers l'épaisseur d'une préforme sèche. La compréhension des phénomènes physiques se produisant au cours des procédés d'infusion de résine sous vide a permis d'identifier les paramètres de fabrication qui ont le plus d'effets sur la variation des propriétés mécaniques des structures composites mises en oeuvre. Ces paramètres sont classés en trois groupes : la texture du renfort, la configuration du procédé et les températures du procédé. Un plan d'expérience a été conçu pour comprendre les relations qui existent entre les paramètres de fabrication et les propriétés mécaniques des composites infusés. Cette étude a pour finalité de proposer et d'optimiser les propriétés mécaniques des composites carbone quadri axiaux NCF (non-crimp-fabric)/époxy RTM 6 en jouant sur les paramètres liés au procédé LRI. Dans cette recherche, les influences et les effets de ces paramètres sur la résistance au cisaillement interlaminaire (RCIL) et la fraction volumique en porosités V p des structures fabriquées sont analysés de manière statistique. L'étude a montré une croissance de V p en fonction de l'augmentation de la température du moule ainsi que de la température de réticulation de la résine. Le taux de porosités dans les composites infusés augmente lorsque le nombre de couches de carbone NCF constituant la préforme croît. Ce dernier résultat se vérifie en prenant en considération le nombre de couches de carbone NCF de manière unique comme paramètre d'influence, mais aussi lorsque celui-ci est en interaction avec le nombre de couches de tissu drainant la résine le long de la pièce au cours du processus d'infusion. Les résultats des analyses ont prouvé que les propriétés en cisaillement interlaminaire (RCIL) sont influencées par le taux de porosités du matériau.

This study concerns the central reinforced zone of a composite structural specimen. In order to estimate the strain distribution during a series of three and four-point bending tests, several optical fiber Bragg grating sensors have been embedded in various levels of the ply stack. Simultaneously, surface strain field measurements by 3-D digital image correlation are undertaken. Both techniques show a general linear distribution of longitudinal strains through the thickness of the thick zone but values are slightly different. A numerical model is developed and a test-calculation dialogue is carried out. The complementary information given by the two optical techniques for in-core and surface measurements reveals the importance of considering structural and edge effects.

Advanced optical measurement techniques are used to analyze the mechanical behavior of a composite structure submitted to bending tests. This is carried out by considering a beam type specimen which presents design singularities such as important thicknesses, ply drop off zones and a reinforced zone. This study concerns the central reinforced zone of the specimen. In order to estimate the strain distribution during a series of 3 and 4-point bending tests, several optical fiber Bragg grating sensors have been embedded in various levels of the ply stack. Simultaneously, surface strain field measurements by three dimensional digital image correlations are undertaken. Both techniques show a general linear distribution of longitudinal strains through the thickness of the thick zone but values are slightly different. A numerical model is developed and a test-calculation dialogue is carried out. The complementary information gathered by the two optical techniques for in-core and surface measurements reveals the importance of considering structural and edge effects.

This study's main goal is to design an anchorage for a composite plate in a civil engineering application. As structural adhesive bonding was chosen, the main part of this document is dedicated to the understanding and the description of the way force is transferred through bonded joints. Three parts compose the study. The first one gathers all the bases concerning this technology which exists since a long time but is used for structural applications since only a few decades. It also presents the main elastic theories and the resulting characteristic features of structural adhesive bonding. In the second part, several di, Cette étude a pour objectif final la réalisation d'un ancrage de hauban plat en composite. La technique du collage structural est choisie pour celle-ci et une majeure partie du document s'attache donc à comprendre et décrire le transfert des e

International audience; The liquid resin infusion specificity is to have a flexible membrane in surface that allows to show the flow of resin directly. The flow of resin in textile preform is late in comparison with drainage cloth. The calculation of the gap of the fronts of resin in both medias is numerically accomplished by one simple method. This simulation reproduces in 80 % the gap of the flow front as well as the time of filling. A simple equation allowing to calculate gap in infusion is also offered.; L'infusion de résine liquide présente la particularité d'avoir une membrane souple en surface ce qui permet de visualiser directement l'écoulement de résine. L'écoulement de résine dans le textile est en retard par rapport au tissu drainant. Le calcul du décalage des fronts de résine dans les deux milieux est réalisé numériquement par une méthode simple. Ces simulations reproduisent à 80 % le décalage du front ainsi que le temps de remplissage. Une équation simple permettant de calculer le décalage en infusion est également proposée.

Composite materials are new materials with high deformability and high stiffness. In civil engineering, structures that require these two properties are rare and gridshells are a good example of such buildings. Indeed these structures with double curvature are obtained by elastic deformation and then bracing of a plane grid with no shear rigidity. The large displacements and the large rotations that occur during the phase of assembly of these slender prestressed structures require consideration of important geometrical non-linearities. A specific numerical tool based on the dynamic relaxation method is therefore developped and validated. It provides a new approach to the form of gridshells and enables the developpement of an original formfinding method. It is also used for the geometrical study and structural analysis of a prototypes of gridshell in composite materials built on the site of the École Nationale des Ponts et Chaussées., Les matériaux composites sont des matériaux nouveaux qui possèdent une grande déformabilité et une grande raideur. Les structures de bâtiment qui requièrent ces deux propriétés sont peu nombreuses et les gridshells en sont un bon exemple. En effet, ces structures à double courbure sont obtenues par déformation élastique puis rigidification d'une grille plane sans raideur en cisaillement. Les grands déplacements et les grandes rotations qui surviennent durant la phase de montage de ces structures élancées précontraintes nécessitent la prise en compte de non-linéarités géométriques importantes. Un outil numérique spécifique reposant sur la méthode de la relaxation dynamique est donc développé et validé. Il permet une nouvelle approche de la forme des gridshells et la mise au point d'une méthode de recherche de forme originale. Il est également utilisé pour l'étude géométrique et l'analyse structurelle de prototypes de gridshells en matériaux composites construits sur le site de l'École Nationale des Ponts et Chaussées.

The Alkali-Silica Reaction (ASR) induces aggregates swelling leading to irreversible degradation of concrete structures. Modelling damage and cracks in a 3D concrete structure submitted to ASR is hence of prime importance in civil engineering. FEMCAM (Finite Element Model for Concrete Analysis Method) software has been developed within this framework to model 3D numerical concrete. In this thesis, we have developed a mesoscale approach where concrete is considered as a heterogeneous material with two main phases: the mortar paste and aggregates. An elastic damage law has been successfully implemented to take into account the mortar paste behavior. The non local Mazars model with an implicit formulation is hence used to deal with damage. This model requires determining elastic and damage parameters. In this way, an experimental campaign has been carried out at the Civil Engineering Department of the Ecole des Mines de Douai to identify concrete material parameters. These experimental results have been compared with numerical ones through the inverse analysis modulus RheOConcrete. Applications on concrete (compression tests, three point bending tests and; La Réaction Alcali-Silice (RAS) est une réaction chimique de dégradation des bétons occasionnant des désordres irréversibles au niveau de l'ouvrage. La modélisation de l'endommagement et de la fissuration d'une structure en béton tridimensionnelle victime de la RAS est donc de première importance en génie civil. Le logiciel FEMCAM (Finite Element Model for Concrete Analysis Method) a été développé dans ce cadre, afin de modéliser le comportement mécanique tridimensionnel des matériaux quasi-fragiles tels que les bétons. Dans cette thèse, nous avons développé une approche mésoscopique où le béton est considéré comme un matériau biphasé en présence de granulats et d'une pâte de mortier. Le modèle non local de Mazars avec formulation implicite a ainsi été implémenté et validé dans notre code Eléments Finis pour rendre compte du comportement élastique endommageable de la pâte de mortier. Nous abordons ensuite l'identification des paramètres élastiques et d'endommagement de ce modèle. Une attention particulière est portée à la campagne expérimentale menée au département Génie Civil de l'Ecole des Mines de Douai. Ces résultats expérimentaux ont été comparés aux résultats numériques via le module d'analyse inverse "RheOConcrete ". Des tests de compression, flexion trois points, essais brésiliens ont été ainsi réalisés. Les exemples d'applications proposés montrent l'influence du volume, de la répartition et du diamètre des granulats sur le comportement du béton. Nous utilisons ces résultats pour analyser les conséquences mécaniques de la RAS sur une éprouvette en béton. Les résultats numériques d'un béton soumis à un gonflement granulaire sont comparés aux résultats expérimentaux obtenus à l'Ecole des Mines de Douai. Cela permet de vérifier non seulement la cohérence du modèle numérique mais aussi de mieux comprendre l'influence de certains paramètres sur le mécanisme de la RAS. Enfin, nous soulignons l'importance de décrire avec précision les macrofissures générées par la réaction chimique. La dernière partie du mémoire concerne l'implémentation et la validation de la fissuration discrète en trois dimensions.

The Alkali-Silica Reaction (ASR) induces aggregates swelling leading to irreversible degradation of concrete structures. Modelling damage and cracks in a 3D concrete structure submitted to ASR is hence of prime importance in civil engineering. FEMCAM (Finite Element Model for Concrete Analysis Method) software has been developed within this framework to model 3D numerical concrete. In this thesis, we have developed a mesoscale approach where concrete is considered as a heterogeneous material with two main phases: the mortar paste and aggregates. An elastic damage law has been successfully implemented to take into account the mortar paste behavior. The non local Mazars model with an implicit formulation is hence used to deal with damage. This model requires determining elastic and damage parameters. In this way, an experimental campaign has been carried out at the Civil Engineering Department of the Ecole des Mines de Douai to identify concrete material parameters. These experimental results have been compared with numerical ones through the inverse analysis modulus RheOConcrete. Applications on concrete (compression tests, three point bending tests and; La Réaction Alcali-Silice (RAS) est une réaction chimique de dégradation des bétons occasionnant des désordres irréversibles au niveau de l'ouvrage. La modélisation de l'endommagement et de la fissuration d'une structure en béton tridimensionnelle victime de la RAS est donc de première importance en génie civil. Le logiciel FEMCAM (Finite Element Model for Concrete Analysis Method) a été développé dans ce cadre, afin de modéliser le comportement mécanique tridimensionnel des matériaux quasi-fragiles tels que les bétons. Dans cette thèse, nous avons développé une approche mésoscopique où le béton est considéré comme un matériau biphasé en présence de granulats et d'une pâte de mortier. Le modèle non local de Mazars avec formulation implicite a ainsi été implémenté et validé dans notre code Eléments Finis pour rendre compte du comportement élastique endommageable de la pâte de mortier. Nous abordons ensuite l'identification des paramètres élastiques et d'endommagement de ce modèle. Une attention particulière est portée à la campagne expérimentale menée au département Génie Civil de l'Ecole des Mines de Douai. Ces résultats expérimentaux ont été comparés aux résultats numériques via le module d'analyse inverse "RheOConcrete ". Des tests de compression, flexion trois points, essais brésiliens ont été ainsi réalisés. Les exemples d'applications proposés montrent l'influence du volume, de la répartition et du diamètre des granulats sur le comportement du béton. Nous utilisons ces résultats pour analyser les conséquences mécaniques de la RAS sur une éprouvette en béton. Les résultats numériques d'un béton soumis à un gonflement granulaire sont comparés aux résultats expérimentaux obtenus à l'Ecole des Mines de Douai. Cela permet de vérifier non seulement la cohérence du modèle numérique mais aussi de mieux comprendre l'influence de certains paramètres sur le mécanisme de la RAS. Enfin, nous soulignons l'importance de décrire avec précision les macrofissures générées par la réaction chimique. La dernière partie du mémoire concerne l'implémentation et la validation de la fissuration discrète en trois dimensions.

International audience; To approach the three-dimensional stress state in multi-layered composites, a laminate theory which considers a kinematic field per layer (particle) is used. Thus, interlaminar stresses are naturally introduced to carry out the equilibrium conditions of the plies. These stresses have a physical meaning and represent the exact out-of-plane 3D stresses calculated at the interface between two layers. These simplified models are able to provide finite interfacial stresses, even at the free edge of a structure. The first part of the paper describes the model and shows its validation by means of a comparison with finite element calculations. The model can involve inelastic strain fields in the layers and fields of displacement discontinuities at the interfaces. These inelastic fields, such as interface sliding, are assumed to be known by the user. The second part proposes some relevant criteria able to predict delamination initiation in some angle-ply laminates based on the model results. The laminates considered here are elementary cross-plies ±(0n)s with 0 < 30° to avoid more complicated phenomena as fiber rotation, transverse cracking or other non-linearity. The three criteria proposed herein integrate naturally interface stresses, and have been confronted to experimental results in mode III, for a ±(0n)s. The first criterion is based on the calculation of the maximum interfacial shear stresses. The second criterion is based on the analytical calculation of the strain energy release rates in a delaminated multi-layer. The third criterion is based on an experimental observation: a critical interface sliding value seems to govern delamination onset during tensile tests. Two plastic models were proposed for relating the interface sliding with the interfacial stresses: perfect plasticity and plasticity with a linear softening. Brittle linear elastic (criteria 1 and 2) and plastic analyses both provide accurate predictions. A more detailed study of this presumptive contradictory assertion is lastly led.

9th International Symposium on Concrete Roads, ISTANBUL, TURQUIE, 03-/04/2004 - 06/04/2004; For the last ten years, new composite pavement structures have raised a significant interest. Based on the association of a concrete layer bonded on an asphalt sub-base, they benefit a reduction of the layers thickness and cost. A long-lasting bond is essential. This paper focuses on the mechanical study of the fatigue life of this bond. For these new techniques, as usual, the concrete layer is submitted to restrained shrinkage on great length. It leads to regular vertical cracking. As the two materials have different elastic properties, stress singularities appear at the interface on the free edges generated by the cracks. This interface is considered as a third medium. It is expected to have its own behavior and durability. A new laboratory test has been designed to study the initiation and the propagation of the crack at the interface. A first range of tests provides results on the durability of the bond. This paper also presents an in situ experiment aiming to evaluate the growth of a defect at the interface of continuously reinforced concrete pavement bonded to asphalt sub-base under traffic.

To determine the composite mechanical properties, small coupons are often used that require preparation including edge cutting/machining. This cutting operation generate heat and strains, and cut surfaces are often affected by damages. It is of primary importance to understand how the mechanical performances are affected by the cutting operations. This study aims at the influence of the machining procedure (routing, end milling) of carbon/epoxy and glass/epoxy composite coupons on their mechanical performances. Three mechanical tests are considered: Iosipescu shear test, ring tension test and off-axis tensile test. The cutting damages are detailed and evaluated by surface roughness measurements and microscopic observations with statistical treatments of the results. Two significant damage criteria are determined to explain low mechanical performances of composites coupons. Cutting recommandations advise in the choice of machining procedure on fiber reinforced composite coupons., Pour déterminer les lois de comportement et les paramètres mécaniques des matériaux composites, des éprouvettes sont couramment fabriquées par fraisage. Ces opérations de coupe par enlèvement de matière génèrent des efforts et des gradients de température importants, d'où risques d'endommagements au niveau des surfaces usinées. Le but de cette étude est d'évaluer expérimentalement l'interdépendance qui peut exister entre la préparation d'éprouvettes en composites par usinage et leurs performances mécaniques. Quatre matériaux composites à matrice polymère renforcés de fibres sont étudiés dans trois types d'essais mécaniques. Les dommages inhérents à la coupe sont qualifiés suivant les orientations des fibres et les configurations d'attaque de l'outil. Le traitement statistique des résultats expérimentaux permet de dégager les paramètres de coupe significativement influents, d'abord sur les dommages créés, puis sur les performances mécaniques. Deux critères d'endommagement sont définis pour caractériser les pertes des performances mécaniques en fonction des configurations d'usinage. Une recommandation de préparation des éprouvettes guide la détermination des conditions de coupe des éprouvettes d'essais en composites à matrice époxyde renforcés de fibres.

pas de résumé en anglais, L'objectif de ce travail était d'améliorer les caractéristiques d'un matériau composite AL2O3-AION-SiC, en étudiant les conditions de dispersion des poudres initiale en voie humide. Dans un premier temps nous nous sommes intéresses a la dispersion de l'alumine a dans l'eau puis a l'influence de la morphologie de cette poudre sur la dispersion.Dans un second temps nous avons étudié l'influence de l'ajout d'une deuxième phase minérale (AIN) puis d'une troisième phase (SiC) à la suspension d'alumine, en milieu organique. Dans l'eau en particulier, les impuretés à la surface de la poudre (sodium) influencent la nature basique de la poudre d'alumine : lorsque la teneur en sodium dans la poudre augmente le Point de Charge Nulle se trouve déplacé vers les pH basiques. D'autre part le pH de la suspension détermine la configuration de la molécule du dispersant (P.A.A) et par conséquent la stabilité et l'état de dispersion du système. La morphologie de la poudre d'alumine n'apparait pas comme un facteur déterminant dans la stabilité d'une suspension d'alumine. Mais il ce serait plutôt la nature des phases ou des espèces chimiques ( impuretés) à la surface des plaquettes qui seraient responsable de l’instabilité du système alumine poudre-alumine plaquettes(17%pds).En milieu non aqueux , la nature chimique, et principalement le caractère acido-basique de chacun des constituants du système, joue un grand rôle au niveau des phénomènes d'adsorption des molécules dispersantes à la surface d'une poudre. En effet un dispersant d’acide aura une plus grande affinité avec une surface ayant un caractère basique et vice versa. L'alumine sera mieux défloculée par l'Ester Phosphorique (acide) que par le polyvinylpyrrolidone , alors que dans le cas du carbure de silicium, qui a une surface acide, le polyvinylpyrrolidone sera le dispersant le plus approprie. L'optimisation de la dispersion d'un système unaire (AL2O3) ou binaire (AI2O3-AIN) se traduit par une microstructure homogène du matériau densifié. Cependant lorsqu'on introduit la troisième phase (SiC) dans des conditions rhéologiques optimisées, le résultat en est un matériau présentant une microstructure inhomogène. un traitement mécanique (attrition) de la suspension ternaire entraine alors une meilleure homogénéité des différentes phases dans le matériau fritté.

Pas de résumé en anglais., Notre objectif est axe sur la connaissance des paramètres de frittage de poudres céramiques pour un meilleur contrôle de la fabrication et une meilleure maitrise des propriétés ultérieures (mécaniques, électromagnétiques, ...). Dans cette optique, nous nous sommes attaches a améliorer les possibilités d'un équipement de pressage haute-température par le pilotage de l'acquisition informatisée des données.D'autre part, l'adoption d'une stratégie de recherche, basée sur l'élaboration de plans d'expériences, a facilité, par modélisation, l'interprétation des résultats pour trois études distinctes:- l'étude de la phase supraconductrice YaBCuO a mis en évidence les conditions d'élaboration de massifs supraconducteurs par frittage a des températures inférieures a 450c sous fortes pressions et sans recuit ultérieur; -l'étude d'une alumine bayer a montré l'influence des paramètres de frittage avec ou sans charge sur la microstructure et les propriétés mécaniques;- l'étude du système AI2 O3- AIN-MgO permis par frittage réactif sous charge d'optimiser les propriétés mécaniques dans un domaine d'intérêt

pas de résume en anglais; Notre objectif est axe sur la connaissance des paramètres de frittage de poudres céramiques pour un meilleur contrôle de la fabrication et une meilleure maitrise des propriétés ultérieures (mécaniques, électromagnétiques, ...). Dans cette optique, nous nous sommes attaches à améliorer les possibilités d'un équipement de pressage haute-température par le pilotage de l'acquisition informatisée des données. D'autre part, l'adoption d'une stratégie de recherche, basée sur l'élaboration de plans d'expériences, a facilité, par modélisation, l'interprétation des résultats pour trois études distinctes: l'étude de la phase supraconductrice YBaCuo a mis en évidence les conditions d'élaboration de massifs supraconducteurs par frittage a des températures inférieures a 450c sous fortes pressions et sans recuit ultérieur; l'étude d'une alumine bayer a montré l'influence des paramètres de frittage avec ou sans charge sur la microstructure et les propriétés mécaniques; l'étude du système Al2O3-AIN-MgO a permis par frittage réactif sous charge d'optimiser les propriétés mécaniques dans un domaine d'intérêt.

CICE 2018, Conférence internationale sur les composites à matrice polymère renforcée de fibres en génie civil, PARIS, FRANCE, 17-/07/2018 - 19/07/2018; This study focuses on the experimental characterization of the bond behavior between concrete and Fiber Reinforced Polymer (FRP) reinforcing bars (rebars). Pull-out tests were performed on glass, carbon, and aramid FRP rebars, as well as on deformed steel rebars. The influence of various parameters on the bond behavior was studied, such as the type of fibers, the diameter of the FRP bars and their surface geometry. Scanning-electronmicroscope observations were performed to study the sand coating. A main originality of the work relied on the instrumentation of pull-out samples using distributed optical fiber sensing instrumentation that provided access to the longitudinal strain distribution along the rebar near the rebar-concrete interface, and then made it possible to determine the effective development length of the various types of rebars considered in this study.

IABSE 2018, NANTES, FRANCE, 19-/09/2018 - 21/09/2018; One of the goals of sustainable development applied to bridge infrastructure is to provide bridge owners with strengthening solutions that may lead to an increase of existing structures service life. In the case of steel bridges, the assessment of the remaining service life is most often linked to the determination of the structural deterioration caused by corrosion and fatigue. Damage caused by fatigue is very difficult to assess before crack initiation, and is more bound to occur in old structures, for which the phenomenon was not taken into account in design before 1970. In addition, old steel materials present a more brittle behavior. In answer to these challenges, the FASSTbridge project, financed through European Infravation call, aimed at developing a pre-cracking fatigue assessment and strengthening methodology for steel bridges based on the technology of adhesively bonded composite. The proposed article presents some of the results of this project.