Static and energetic fracture parameters for rocks and concretes: Fid-Bau Portal

Static and energetic fracture parameters for rocks and concretes

Carpinteri, A.

Abstract The object of the paper is to determine the fracture toughness parameters K1C,G 1C and J1C for some aggregative materials. Values of the J-integral are calculated from load-displacement curves, following the procedure suggested by Begley and Landes for steel alloys. Some recurring experimental incoherences are explained applying Buckingham's Theorem for physical similitude and scale modeling to Fracture Mechanics. Thus a non-dimensional parameter can be defined (the test brittleness number), which governs the fracture-sensitivity phenomenon. The fracture parameters K1C and J1C are connected by a fictitious Young's modulus E*, which is lower than the real modulus E and represents the stiffness of the damaged material near the crack tip before the extension. When the specimen sizes are so small that the material becomes fracture insensitive, then E* appears higher than E.

Résumé On a cherché à établir les paramètres de résilience K1C.G 1C et J1C d'un carrare, d'un mortier et de deux bétons dont les granulats ont différentes dimensions maximales. L'essai choisi a été l'essai de flexion sur deux points d'appui. Les valeurs du paramètre énergétique «J-intégral» ont été obtenues d'après les courbes charge-déplacement, selon le procédé appliqué par Begley et Landes aux acier alliés. On explique des incohérences expérimentales à caractère récurrent à l'aide du théorème de Buckingham, pour ce qui concerne la similitude physique et les modèles en échelle. Par conséquent, l'on établit un paramètre non dimensionnel (fragilité à l'essai), qui régit le phénomène de sensibilité à la rupture. La connexion des paramètres de rupture K1C et J1C est obtenue grâce à un module de Young fictif, E*, qui est inférieur au module réel E et qui représente la valeur de la rigidité du matériel détérioré à proximité de la fissure avant sa progression. E* s'avère supérieur à E quand la taitte de l'éprouvette de traction est à tel point réduite que le matériel devient insensible à la rupture. Une rupture par propagation de la fissure semble s'être produite seulement dans le cas du mortier, à cause du faible rapport K1C/σu de ce matériel et de la taille assez importante de l'éprouvette. Quatre indices mis en évidence au cours des essais sur le mortier le confirment: 1) le caractère régulier du «strength ratio» et des fluctuations d'un point de vue statistique, en fonction de la longueur de la fissure; 2) le faible écart type de K1C qui ne montre pas de variation en cloche; 3) le paramètre J1C, qui comprend aussi les effets plastiques, est supérieur à G1C, qui n'intervient que dans le domaine élastique (linéaire); 4) le module de Young fictif E* est inférieur au module réel E.