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Compressive Failure as a Critical Transition: Experimental Evidence and Mapping onto the Universality Class of Depinning

Authors :
David Amitrano
Chi-Cong Vu
Jérôme Weiss
Olivier Plé
Institut des Sciences de la Terre (ISTerre)
Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])
Laboratoire sols, solides, structures - risques [Grenoble] (3SR )
Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])
Laboratoire Interdisciplinaire de Recherche Impliquant la Géologie et la Mécanique (LIRIGM)
Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)
Laboratoire de Mécanique et Technologie (LMT)
École normale supérieure - Cachan (ENS Cachan)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire Optimisation de la Conception et Ingénierie de l'Environnement (LOCIE)
Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut des Géosciences de l’Environnement (IGE)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])
Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-PRES Université de Grenoble-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)
Laboratoire sols, solides, structures - risques [Grenoble] (3SR)
Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)
Laboratoire de glaciologie et géophysique de l'environnement (LGGE)
Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG)
Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])
Source :
Physical Review Letters, Physical Review Letters, American Physical Society, 2019, 122 (1), ⟨10.1103/PhysRevLett.122.015502⟩, Physical Review Letters, 2019, 122 (1), ⟨10.1103/PhysRevLett.122.015502⟩
Publication Year :
2019
Publisher :
American Physical Society (APS), 2019.

Abstract

Acoustic emission (AE) measurements performed during the compressive loading of concrete samples with three different microstructures (aggregate sizes and porosity) and four sample sizes revealed that failure is preceded by an acceleration of the rate of fracturing events, power law distributions of AE energies and durations near failure, and a divergence of the fracturing correlation length and time towards failure. This argues for an interpretation of compressive failure of disordered materials as a critical transition between an intact and a failed state. The associated critical exponents were found to be independent of sample size and microstructural disorder and close to mean-field depinning values. Although compressive failure differs from classical depinning in several respects, including the nature of the elastic redistribution kernel, an analogy between the two processes allows deriving (finite)-sizing effects on strength that match our extensive dataset. This critical interpretation of failure may have also important consequences in terms of natural hazards forecasting, such as volcanic eruptions, landslides, or cliff collapses.<br />Comment: Supplementary Material included

Details

ISSN :
10797114 and 00319007
Volume :
122
Database :
OpenAIRE
Journal :
Physical Review Letters
Accession number :
edsair.doi.dedup.....c722587508111863c536ef0cd20a542a