Study of the micro-mechanical behaviour of concrete using reflective photoelasticity: Fid-Bau Portal

Study of the micro-mechanical behaviour of concrete using reflective photoelasticity

Swamy, R. N.

Abstract Tests are reported to study the micro-mechanical behaviour of concrete using a photoelastic reflection technique to determine the internal and bond strains in concrete. In this technique a layer of suitable birefringent material is bonded to the sliced surface of a specimen. When the specimen is loaded the resulting surface strains are followed by the coating. The isochromatic patterns observed through polarized light reflected from the surface can then be interpreted in terms of strain. The principle of the technique, the method of measurements, and of the separation of principal strains are described. The effects of varying the aggregate and matrix stiffness and of drying shrinkage on the internal and bond strains are discussed. It is shown that the differential stiffness between the aggregae and the matrix, and the spacing between the aggregate particles determine the extent of strain concentration and the process of internal cracking within the heterogeneous system of concrete. The results are compared to conventional strain gage measurements. The limitations of, and the errors inherent in the technique are discussed.

Résumé On rend compte d'essais effectués en vue d'étudier le comportement micromécanique du béton en utilisant un vernis photoélastique pour déterminer les déformations internes et les déformations d'adhérence dans le système. Cette technique consiste à appliquer à la surface découpée d'une éprouvette une couche d'un matériau approprié bi-réfringent. Lorsqu'on charge l'éprouvette, les déformations de la surface sont suivies par le vernis. On peut alors traduire en termes de déformations les isochromatiques produites par de la lumière polarisée réfléchie par la surface. Le principe de la technique, la méthode de mesure et la séparation des déformations principales sont décrits. On présente les effets sur les déformations internes et les déformations d'adhérence, des variations de la rigidité de l'agrégat et du mortier et ceux du retrait dû au séchage. On montre que les déformations locales dans le mortier et l'agrégat sont environ de deux à trois fois supérieures aux déformations totales de surface mesurées avec des jauges traditionnelles. On montre que d'importantes concentrations de contraintes se produisent dans des poches de mortier et, quand les particules d'agrégat sont suffisamment rapprochées, à l'interface agrégatmortier. L'interface est cependant le point le plus critique du système, puisque le ralentissement de la migration de l'eau causé par les agrégats entraîne des fissures d'adhérence à l'interface. L'importance de la concentration des contraintes et le développement de la fissuration interne dans le système hétérogène du béton dépendent de la différence de rigidité entre l'agrégat et le mortier et de l'espacement des particules d'agrégat. Les résultats sont comparés aux mesures de déformation obtenues avec des jauges traditionnelles. On montre que la technique du vernis photoélastique fournit des résultats cohérents et satisfaisants, ainsi qu'une représentation exacte des déformations internes dans les constituants et aux interfaces d'adhérence à l'intérieur du béton. Les limites de cette technique et les erreurs qu'elle comporte sont également rapportées.