Cracking and permeability of concrete under tension

Cracking of concrete, whatever its origin (mechanical, physico-chemical, thermal,…) is a key factor for the materials durability. Knowledge of the transfer properties of sound and of cracked concrete is essential for predicting its durability since the deteriorating mechanisms (freezing, corrosion, leaching) depend on the flow of aggressive (liquid or gaseous) agents through the porous or cracked body.A series of experiments is intended to estimate the increase in permeability resulting from mechanically-induced cracking. A concrete specimen is subjected to uniaxial tension, and the water permeability is measured in a direction perpendicular to the axis of loading. The tests are designed and monitored in order to collect useful data for modelling concrete structures: the material is in tension (and not in compression as it is in more classical studies of damage-permeability coupling) and the permeability is measured through open cracks covering a large width range (0.1 μm–0.1mm). Thus, the transfer properties are being evaluated in the most unfavorable context.Herein we detail the principle of the tests and the design of the specimen, using numerical simulations, as well as present and comment the first experimental results.RésuméLa fissuration du béton, quelle qu'en soit la cause (mécanique, physico-chimique, thermique,…), est un facteur déterminant pour la durabilité du matériau. La connaissance des propriétés de transfert du béton sain et du béton fissuré est essentielle pour prédire sa durabilité puisque les mécanismes de dégradation (gel-dégel, corrosion, lixiviation,…) dépendent du débit des agents agressifs (liquides ou gazeux) à travers la structure poreuse du matériau.Une campagne expérimental est menée dans le but d'estimer les augmentations de perméabilité résultant d'une fissuration provoquée par un chargement mécanique. Un échantillon de béton est soumis à la tension uniaxiale et la perméabilité à l'eau est mesurée dans la direction perpendiculaire à l'axe du chargement. Les essais sont conçus et menés de façon à recueillier des données utiles pour la modélisation des structures: le matériau est tendu (et non comprimé, comme cela est plus fréquent lors des études de couplage fissuration-perméabilité) et la perméabilité est mesurée au travers de fissures dont l'ouverture couvre un large spectre [0,1 μm–0,1 mm]. Ainsi, les propriétés de transfert sont évaluées dans le contexte le plus défavorable.Nous détaillons le principe des essais, le processus de conception de l'éhantillon, recourant à des simulations numériques; nous présentons et commentons les premiers résultats expérimentaux.