Fracture toughness of concrete determined on large specimens: Fid-Bau Portal

Fracture toughness of concrete determined on large specimens

Wittmann, F. H. / Metzener-Gheorghita, I.

Abstract It has often been questioned whether linear elastic fracture mechanics can be applied to describe crack propagation and failure of concrete. An important argument is that most test results are obtained on specimens too small to be representative of a material with a composite structure such as concrete. Large specimens with four different geometries have been prepared and tested. Crack length was increased under controlled conditions to at least 250 mm. It was found that fracture toughness increases initially as a crack propagates, but that a length-independent value is reached asymptotically. Within the range of accuracy, asymptotic values obtained with the four different geometries were the same. It is concluded that failure of large size concrete elements can be predicted realistically on the basis of linear elastic fracture mechanics. For comparatively small specimens, however, an approach which takes total fracture energy into consideration (for instance the fictitious crack model) is more appropriate. It is pointed out that the role of subcritical crack growth on fracture toughness needs further investigation.

Résumé On s'est souvent posé la question si la mécanique de la rupture linéaire élastique pouvait être appliquée pour décrire la propagation de la fissure et la rupture du béton. un argument important est que la plupart des résultats des essais sont obtenus sur des éprouvettes trop petites pour représenter un matériau composite comme le béton. Les grandes éprouvettes de quatre géométries différentes ont été préparées et testées. La fissure se propagerait sous des conditions contrôlées, au moins jusqu'à la longueur de 250 mm. On a trouvé que la ténacité augmente initialement quand la fissure se propage, mais une valeur indépendante de la longueur est atteinte asymptotiquement. On conclut que la rupture des éprouvettes en béton de grandes dimensions peut vraiment être prédite sur la base de la mécanique de la rupture linéaire élastique. Pour des échantillons sensiblement plus petits, il est préférable d'y appliquer un modèle considérant l'énergie totale de rupture (par exemple le modèle de la fissure fictive). Il est toutefois nécessaire de poursuivre les recherches afin de mieux déterminer le rôle qu'a la croissance sous critique de la fissure sur la ténacité.