Auscultation avec les ondes de surface de matériaux très hétérogènes - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2016

Characterization of heterogeneous materials with ultrasonic surface waves

Auscultation avec les ondes de surface de matériaux très hétérogènes

Abstract

The diagnosis of structures and the evaluation of their residual timelife is an important issue for civil engineering. The first concrete layer, the cover concrete, which protects the reinforcing steel from corrosion, is particularly subject to damage. Among the non-destructive testing methods, the study of mechanical waves has a high potential for determining the mechanical properties of the material. Determining the mechanical characteristics of the first centimeters of concrete is complex because the investigation depth is about the size of the heterogeneities (aggregates). The surface waves velocity dispersion has three origins: the multiple scattering, the wall effect and the variation of mechanical properties in the matrix. A methodology, combining an experimental and a numerical approach is proposed to describe the wave propagation through a medium whose mechanical properties vary with depth containing a free surface and circular inclusions and with a size comparable to wavelengths randomly distributed. Then a semi-analytical model taking into account the variation of the mechanical properties of the matrix, the multiple scattering as well as the wall effect is proposed and implemented in a global inversion algorithm. Finally, an experimental application to monitor the water content in concrete is presented. The numerical and experimental results open interesting perspectives on monitoring the mechanical properties of heterogeneous materials over time with surface waves.
Le diagnostic des structures et l'évaluation de leur durée de vie est une problématique importante pour le génie civil. La première couche de béton, appelée béton d'enrobage, qui protège les armatures d'acier de la corrosion, est particulièrement soumise aux dégradations. Parmi les méthodes de contrôle non destructif, les ondes mécaniques ont un fort potentiel pour déterminer les propriétés mécaniques des matériaux. Or la détermination des caractéristiques mécaniques des premiers centimètres de béton est complexe car la profondeur d'investigation souhaitée est de l'ordre de grandeur des hétérogénéités (les granulats). La dispersion de la vitesse des ondes de surface a trois origines : la diffusion multiple, l'effet de paroi et la variation des propriétés mécaniques de la matrice. Une méthodologie, combinant une approche expérimentale et numérique, est proposée pour décrire la propagation des ondes de surface à travers un milieu dont les propriétés mécaniques varient en fonction de la profondeur contenant une surface libre et des inclusions circulaires et avec une taille comparable aux longueurs d'onde, distribuées aléatoirement. Puis un modèle semi-analytique prenant en compte la variation des propriétés mécaniques de la matrice, la diffusion multiple ainsi que l'effet de bord est proposé et implémenté dans un algorithme d'inversion global. Enfin, une application expérimentale sur le suivi de la teneur en eau dans le béton est présentée. Les résultats numériques et expérimentaux obtenus ouvrent des perspectives intéressantes sur le suivi des propriétés mécaniques des matériaux très hétérogènes au cours du temps.
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Dates and versions

tel-01911983 , version 1 (05-11-2018)

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  • HAL Id : tel-01911983 , version 1

Cite

Vincent Metais. Auscultation avec les ondes de surface de matériaux très hétérogènes. Sciences de l'ingénieur [physics]. Ecole centrale de Nantes, 2016. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01911983⟩
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