HAL Id: jpa-00230505
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Submitted on 1 Jan 1990
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ÉMISSION ACOUSTIQUE APPLIQUÉE À L’ÉTUDE DES MATÉRIAUX DE CHAUSSÉES
R. Linder, M. Reymond, J. Vecoven, M. Cherfaoui
To cite this version:
R. Linder, M. Reymond, J. Vecoven, M. Cherfaoui. ÉMISSION ACOUSTIQUE APPLIQUÉE À
L’ÉTUDE DES MATÉRIAUX DE CHAUSSÉES. Journal de Physique Colloques, 1990, 51 (C2),
pp.C2-77-C2-80. �10.1051/jphyscol:1990219�. �jpa-00230505�
COLLOQUE DE PHYSIQUE
Colloque C2, supplhment au n02, Tome 51, Février 1990 ler Congrès Français d'Acoustique 1990
EMISSION ACOUSTIQUE APPLIQU&E
ÀLIETUDE DES M A T ~ R I A U X DE CHAUSSEES
R. LINDER, M.C. REYMOND, J. VECOVEN* et M. CHERFAOUI"
UMR
113 Unité Mixte LCPC
C N R S , 58Boulevard Lefebvre,
F - 7 5 7 3 2Paris Cedex 15, France
Laboratoire Régional d ' ~ u t u n , Zone Industrielle, BP.
1 4 1 , F - 7 1 4 0 5Autun, France
* * C E T I M , 5 2
Avenue Félix Louat, BP.
6 7 , F-60304Senlis, France
Résumé
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Ce t r a v a i l o r i g i n a l donne une d e s c r i p t i o n du comportement d e s matériaux d e chaussées s o l l i c i t é s en t r a c t i o n à l ' a i d e d e s techniques d e mesures des dé- formations e t d e l ' é m i s s i o n a c o u s t i q u e . La déformation d ' é p r o u v e t t e s e s t accom- pagnée d e s o u r c e s d'évènements microseismiques q u i peuvent ê t r e i n t e r p r e t é e s comme une conséquence d e l ' i n i t i a t i o n e t du développement des f i s s u r e s . Les me- s u r e s d'émission a c o u s t i q u e e t d e déformation semblent i n d i q u e r t r o i s mécanis- mes d e f i s s u r a t i o n .A b s ~ r a c t
-
This o r i g i n a l work d e s c r i b e s measurements of t h e deformation behaviour and a c o u s t i c emission (AE) i n m a t e r i a l s of t h e pavements loading by t e n s i l e . The t e s t specimen deformation i s accompanied by l o c a t i o n of microseismic s o u r c e s a s a r e s u l t of t h e formation and growth of c r a c k s . The r e s u l t s of a c o u s t i o n a n d d e f o r mation measurements i n d i c a t e t h r e e mechanisms of f a i l u r e .Le but d e c e t t e é t u d e a é t é d ' e s s a y e r d e c a r a c t é r i s e r l ' é m i s s i o n a c o u s t i q u e en f o n c t i o n d e s mécanismes à l a source a f i n d e mieux comprendre l'endommagement e t l a r u p t u r e des matériaux d e chaussées. Par conséquent on s ' i n t é r e s s e r a à l ' é t u d e d e s phénomènes q u i accompagnent l a r u p t u r e , l e s c o n d i t i o n s q u i l a f o n t a p p a r a i t r e e t l e s paramètres q u i l a c o n t r ô l e n t .
L ' é t u d e d e l ' é m i s s i o n a c o u s t i q u e l o r s d ' e s s a i s en t r a c t i o n s u r des matériaux d e chaussées ( g r a v e s , s a b l e s ) t r a i t é s aux l i a n t s h y d r a u l i q u e s e s t une r e c h e r c h e complexe é t a n t donné l e nombre de mécanismes concernés: décohésion, g l i s s e m e n t , p r o g r e s s i o n d e g l i s s e m e n t , i n c l u s i o n s rompues, d e nombreux paramètres i n t r i n s è q u e s ,; t a i l l e de g r a i n s , h é t é r o g é n é i t é du m a t é r i a u , e t e x t r i n s è q u e s : c o n d i t i o n s aux l i m i t e s , a p p a r e i l l a g e de r é c e p t i o n e t d ' a n a l y s e , q u i peuvent i n f l u e r s u r l e s r é s u l t a t s .
Nous avons t e n t é d ' a n a l y s e r l e s mécanismes d'endommagement en é t u d i a n t l ' é m i s s i o n a c o u s t i q u e cumulée en r e l a t i o n avec l e s déformations au c o u r s d e s c y c l e s d e charge-décharge jusqu'à r u p t u r e du m a t é r i a u , l e s s o u r c e s d e l o c a l i s a t i o n , l e s amplitudes d e s signaux.
II - EVOLUTION DE L'EMISSION ACOUSTIQUE CUMULEE EN RELATION AVEC LES DEFORMATPONÇ
I l c o n v i e n d r a i t dans un premier temps d ' o b s e r v e r l ' h i s t o i r e du chargement en f o n c t i o n d e l ' a c - t i v i t é a c o u s t i q u e
La r e l a t i o n c y c l e s charge-décharge - a c t i v i t é a c o u s t i q u e montre deux f a i t s p a r t i c u l i e r s : l ' i r - r é v e r s i b i l i t é de l ' a c t i v i t é n ' e s t pas p a r f a i t e l o r s d e s phases d'endommagement. Les évènements r é a p p a r a i s s e n t a v a n t l a v a l e u r maximale d e l a c o n t r a i n t e obtenue l o r s d e l a charge précédente, en g é n é r a l pour l e s graves e t l e s s a b l e s au c o u r s de l ' u l t i m e montée, c e q u i i n f i r m e r a i t l ' e f - f e t K a i s e r .
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1990219
COLLOQUE DE PHYSIQUE
Le second f a i t marquant e s t que l o r s d e l a d é c h a r g e d e s é p r o u v e t t e s d e g r a v e s , l ' é m i s s i o n a c o u s t i q u e c o n t i n u e à a p p a r a i t r e même l o r s q u ' o n a p p r o c h e d e l a d é c h a r g e complète. Ce phé- nomène e s t v r a i s e m b l a b l e m e n t dû à un f r o t t e m e n t d e s m i c r o f i s s u r e s c r é e e s l o r s du c y c l e d e c h a r g e . En e f f e t l e s g r a v e s c o n t i e n n e n t d e s i n c l u s i o n s ( 0 2 0 mm) d e forme e t d e dimensions v a r i a b l e s . Dans c e s c o n d i t i o n s l e l i a n t e s t soumis à un r e t r a i t empêché e t h é t é r o g è n e d e p r i s e q u i c r é e d e s c o n t r a i n t e s i n t e r n e s i n i t i a l e s . P a r l a s u i t e l a m i c r o f i s s u r a t i o n e n t r a î - n e u n d é c a l a g e d e s l è v r e s d e s f i s s u r e s q u i ne s ' e m b o i t e n t p l u s l o r s d e l a d é c h a r g e . Après rup- t u r e complète d e l ' é p r o u v e t t e , on o b s e r v e f a c i l e m e n t l a non c o i n c i d e n c e d e s deux f a c e s rom- p u e s . L e gauchissement d e s s u r f a c e s p e u t s ' e x p l i q u e r p a r l a l i b é r a t i o n d e s c o n t r a i n t e s au v o i s i n a g e d e s f a c e s rompues. C e t t e r u p t u r e s'accompagne d ' u n e d é f o r m a t i o n permanente souvent
i m p o r t a n t e .
Dans un second temps, il a p a r u i n t é r e s s a n t d e t r a c e r l e s c o u r b e s d ' a c t i v i t é a c o u s t i q u e . e t d e l e s comparer aux c o u r b e s e f f o r t - d é f o r m a t i o n , é t a n t donné l e comportement endommageant du m a t é r i a u .
FIG 1 r e l a t i o n e n t r e l e nombre d'évènements cumulés e t l a f o r c e d ' é p r o u v e t t e s d e s a b l e d e B r e s s a . ~ ) T n i t i a t i o n b) p h a s e s t a b l e d e f i s s u r a t i o n c ) p h a s e i n s t a b l e .
On suppose qu'une q u a n t i t é d ' é m i s s i o n a c o u s t i q u e exprimée en nombre d'évènements t r a d u i t l a d é t é r i o r a t i o n d e l a r é s i s t a n c e du m a t é r i a u . Les c o u r b e s o b t e n u e s dans c e s c o n d i t i o n s m e t t e n t en é v i d e n c e u n e l o i d e cumul d e l'endommagement q u i p r é s e n t e t r o i s phases:
-
Une p h a s e d ' i n i t i a t i o n - L ' a c t i v i t é a c o u s t i q u e p o u r r a i t t r a d u i r e de* a i i c r o r u p t u r e s aux i n t e r f a c e s ( g r a v e s ) s u i v i s d e g l i s s e m e n t . Les c o u r b e s d e d é f o r m a t i o n c o n t r a i n t e n e s o n t p l u s l i n é a i r e s à p a r t i r d ' u n s e u i l .-
Une p h a s e s t a b l e d e f i s s u r a t i o n - e l l e e s t d u e v r a i s e m b l a b l e m e n t à d e s m i c r o f i s s u r e s q u i c o r r e s p o n d e n t à d e s zones d e f i s s u r a t i o n i n d é p e n d a n t e s e t r é p a r t i e s d a n s l ' é p r o u v e t t e .-
Une p h a s e i n s t a b l e d e p r o p a g a t i o n d e f i s s u r e s-
C e t t e é t a p e e s t c a r a c t é r i s é e p a r u n e coa- l e s c e n c e d e s f i s s u r e s q u i amène u n e r u p t u r e m a c r o s c o p i q u e .On o b s e r v e u n e d i f f é r e n c i a t i o n t r è s n e t t e e n t r e l e s s a b l e s e t l e s g r a v e s .
La p r é s e n c e d ' i n c l u s i o n s d e p l u s g r a n d e s d i m e n s i o n s d a n s l e s g r a v e s o n t t e n d a n c e à donner pour d e s n i v e a u x d e s o l l i c i t a t i o n s f a i b l e s d e s s o u r c e s mieux r é p a r t i e s d a n s l e m a t é r i a u . FIG. 2 .
FIG.2 R é p a r t i t i o n d e s o u r c e s d'évènements d e p a r t e t d ' a u t r e du m i l i e u d ' é p r o u v e t t e s d e Graves Comblanchien ( l o n g u e u r t o t a l e 32 cm):en p o i n t i l l é s o n t r e p r é s e n t é e s l e s z o n e s d e r u p t u r e .
L a r u p t u r e proprement d i t e c o r r e s p o n d à u n e é m i s s i o n d'évènements t r è s é n e r g é t i q u e s . L ' é t u d e d e l ' i n f l u e n c e d e s c y c l e s d e chargement-déchargement permet d e d i s t i n g u e r p l u s i e u r s t y p e s d e comportements d i f f é r e n t s s e l o n q u e l e n i v e a u f i n a l maximm d e c o n t r a i n t e d é p a s s e
C2-80 COLLOQUE DE PHYSIQUE
ou non une c e r t a i n e v a l e u r c r i t i q u e correspondant au phénomène i n s t a b l e d e f i s s u r a t i o n . I l semble qu'en dessous d e c e t t e v a l e u r , on a une p r o p o r t i o n d e p e t i t s évènements c r o i s - s a n t s avec l e nombre de c y c l e s b i e n q u ' a t t e i g n a n t rapidement un plafond c o i n c i d a n t pro- bablement avec une a c t i v i t é sismo-acoustique a s s e z r é p a r t i e d a n s l ' é c h a n t i l l o n . C e t t e pro- p o r t i o n d e v i e n t en revanche f o r t e quand on d é p a s s e c e s e u i l ; c e c i é t a n t vraisemblablement l i é à une c o k c e n t r a t i o n de c o n t r a i n t e s e t d'évènements au v o i s i n a g e d e l a zone d ' i n i t i a t i o n d e r u p t u r e .
I V
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ANALYSE DES NIVEAUX D'AMPLITUDESQuand on a n a l y s e l e s niveaux d'amplitudes en f o n c t i o n d e s c y c l e s d e charge-décharge pour l e s s a b l e s e t l e s g r a v e s , p l u s i e u r s a s p e c t s s o n t à p r e n d r e en c o n s i d é r a t i o n : t o u t d'abord c e s amplitudes p a r a i s s e n t moins é l e v é e s dans l e s g r a v e s que dans l e s s a b l e s . Lors d e l ' e x a - men des deux f a c e s rompues de l ' é p r o u v e t t e , on observe d e s s t r a t e s r é p a r t i e s concentrique- ment a u t o u r d e l a zone c e n t r a l e , c r é e s l o r s d e l a f a b r i c a t i o n d e l ' é c h a n t i l l o n par compac- t a g e v i b r a n t . I l s ' e n s u i t un endommagement d e s i n t e r f a c e s e t d e s g l i s s e m e n t s e n t r e l e s s t r a - t e s . Ces phénomènes d ' i n t e r f a c e s s'accompagnent d e signaux d e grandes amplitudes. Dans l a phase f i n a l e , on a s s i s t e à une r u p t u r e dans l a masse r e f l é t é e p a r l ' é m i s s i o n a c o u s t i q u e . V- CONCLUSIONS
L a compréhension d u comportement d e s matériaux d e chaussées e s t un phénomène complexe par- c e q u ' i l d o i t t e n i r compte des p r o p r i é t é s mécaniques d e l a m a t r i c e e t d e s i n c l u s i o n s , d e s dimensions d e c e s d e r n i e r s , de l a r é s i s t a n c e au c i s a i l l e m e n t d e l ' i n t e r f a c e g r a n u l a t ma- t r i c e .
L ' u t i l i s a t i o n d e l ' é m i s s i o n a c o u s t i q u e c o n s t i t u e une v o i e i n t é r e s s a n t e é t a n t donné q u ' e l l e permet d e s u i v r e l ' é v o l u t i o n d e l'endommagement pendant s a formation. Il e s t en e f f e t admis que l e s ondes d e c o n t r a i n t e s s o n t l i é e s à d e s phénomènes i r r e v e r s i b l e s . T o u t e f o i s l a d i f f i - c u l t é d e l a méthode r é s i d e dans l 1 i d e r . t i f i c a t i o n d e l'endomagement t e l s que: l a décohésion d e s i n t e r f a c e s g r a n u l a t s m a t r i c e , l a f i s s u r a t i o n d e l a m a t r i c e .
