Dissertationen zum Thema „In-Situ-Test methods“

En raison de leur capacité de prise, les liants hydrauliques sont utilisés à des fins très variées (e.g., matériaux de construction, substituts osseux, ...). La réaction de prise est toujours initiée par le mélange d'une ou plusieurs poudres fines avec une solution aqueuse. La dissolution des poudres réactives initiales entraîne la formation d'une pâte visqueuse, dont les propriétés évoluent avec le temps pour former une céramique poreuse monolithique par la nucléation et la précipitation de phase(s) plus stable(s). Dans le cadre de cette thèse, le plâtre CaSO4·2H2O obtenu par la réaction d'hydratation du sulfate de calcium hémihydraté CaSO4·0,5H2O est étudié dans des conditions standards (e.g., rapport massique liquide/solide, température et pression), afin de développer des techniques de caractérisation multi-physiques et multi-échelles in-situ et ex-situ pour suivre l'évolution de:- la composition des phases (réaction de dissolution et de précipitation) à l'aide de mesures calorimétriques, de la de la diffractométrie des rayons X et de la spectrophotométrie infrarouge à transformée de Fourier;- la microstructure à l'aide de la microscopie électronique à balayage et de la microtomographie aux rayons X;- les propriétés mécaniques en utilisant la mesure de vitesse de propagation des ultrasons, l'analyse mécanique dynamique en cisaillement et en compression et le test de résistance en compression. Ce panel de techniques a permis de suivre et de corréler les différentes transitions physiques survenant au cours de la réaction de prise et ainsi de dresser un portrait global des phénomènes physiques mis en jeu
Because of their setting ability, hydraulic binders are used for a wide variety of applications (e.g., construction materials, bone substitutes, ...). The setting reaction is always initiated by mixing one or several fine powders with an aqueous solution. The dissolution of the initial reactive powders results in the formation of a viscous paste, whose properties evolve with time to form a porous monolithic ceramic through the nucleation and precipitation of more stable phase(s). In this thesis, gypsum plaster CaSO4·2H2O obtained by the hydration reaction of calcium sulfate hemihydrate CaSO4·0,5H2O is studied under standard conditions (e.g., liquid/solid mass ratio, temperature and pressure), in order to develop multi-physic and multi-scale characterization techniques in-situ and ex-situ to monitor the evolution of:- the phase composition (rate of dissolution and precipitation) using calorimetric measurements, X-ray diffraction and Fourier-transform infrared spectrophotometry techniques;- the microstructure using scanning electron microscopy and X-ray microtomography;- the mechanical properties using ultrasonic propagation velocity measurement, shear and compressive dynamic mechanical analysis and compressive strength testing. This panel of techniques enabled to monitor and to correlate the various physical transitions occurring during the setting reaction, and thus to draw a global picture of the on-going phenomena

Le travail de recherche propose par de l'auteur se situe dans le domaine de la geomecanique. La prevision du risque de liquefaction des sables lors de seismes reste un probleme majeur pour tous les projets de genie civil dans les zones a haute sismicite. Le but de nos recherches est de developper des methodes de prevision a partir d'appareillages de reconnaissance en place plus precis et plus sophistiques que le spt, tels que le penetrometre statique, le pressiometre et le piezocone. Notre demarche implique des etudes en laboratoire dans des massifs de sol reconstitues dans des conditions bien controlees et des etudes sur le terrain, sur des sites potentiellement liquefiables. Dans la premiere partie, cette demarche s'articule autour de trois volets : la determination par des essais triaxiaux cycliques non-draines de la resistance a la liquefaction des sables utilises dans nos recherches, l'etude de la reponse des appareillages de reconnaissance en place, notamment celle du piezocone, dans des massifs de sable reconstitues dans la chambre d'etalonnage permettant de controler les conditions d'essais, l'etude de la reponse de ces memes appareillages sur des sites connus pour avoir liquefie ou potentiellement liquefiables. La synthese de ces trois permettra de proposer de nouvelles methodes de prevision de la liquefaction. Dans la seconde partie, l'interpretation des reponses de ces appareillages sur des sites, en vue de la prevision a la liquefaction a l'aide des methodes proposees. Enfin, il est interessant d'elaborer des correlations pour le sable d'hostun rf, vue la base de donnees de resultats penetrometriques et pressiometriques sur ce sable en chambre d'etalonnage et les confronter avec les recherches menees par ailleurs. Ces correlations peuvent ainsi deboucher sur des regles utilisables par les praticiens.

Les propriétés des argilites du Callovo-Oxfordien les désignent comme une barrière naturelle sûre pour le stockage de déchets radioactifs. Afin d’optimiser la prédiction de leur comportement, leur réponse à diverses sollicitations à court et long termes est étudiée. Notamment, lors de la phase d’exploitation, l’air ventilé dans les galeries n’est pas à l’équilibre hydrique avec la roche et peut perturber ses propriétés hydromécaniques (HM). Il semble alors essentiel de caractériser la réponse HM de la roche à des sollicitations hydriques.La démarche adoptée consiste à proposer un modèle physique adéquat, sur la base d’essais au laboratoire. L’essai de séchage est retenu puisqu’il permet d’étudier la réponse des échantillons en conditions non-saturées. A partir des résultats HM, un modèle élastique 2D isotrope est proposé, puis est élevé à la 3D avec un module de Young isotrope transverse. Ensuite, les données expérimentales servent à estimer certains paramètres poroélastiques et de transfert du modèle. Cette étape est accomplie par procédure inverse (minimisation de l’erreur mesures-calculs). Enfin, une modélisation 2D du comportement in situ est proposée, et compare les prédictions de modèles plastique isotrope et élastique isotrope transverse.Les simulations d’essais au laboratoire reproduisent assez bien les données expérimentales. Pour la modélisation in situ, une bonne corrélation est obtenue entre les prédictions et les mesures, et ce sans ajustement préalable des paramètres. Toutefois, le modèle souligne une influence limitée de la plasticité à l’échelle du laboratoire, alors que les phénomènes dissipatifs sont marqués in situ. Les modélisations 3D au laboratoire ne donnent pas de résultats plus fins qu’en 2D, mais reproduisent plus de données expérimentales (variations de masse, déformations axiales et latérales). De plus, injecter plusieurs types de données dans la formulation inverse permet d’améliorer la précision de l’algorithme. Par ailleurs, une meilleure stabilité de l’algorithme est obtenue en adoptant une convergence en deux étapes (simplex, puis méthode de type gradient). Les estimations numériques des paramètres corroborent les mesures expérimentales obtenues par ailleurs
The Callovo-Oxfordian claystones’ properties make them reliable as a geological barrier for the confinement of radioactive wastes. In order to optimally predict their behavior, how they respond to various short and long terms loadings has to be studied. Particularly during the exploitation phase, air is continuously ventilated throughout the galleries. The climatic properties of this air are not balanced with those of the rock, and may perturb its hydromechanical (HM) attributes. Thus, assessing the HM response of the rock under hydric loading seems to be a priority.This dissertation begins with laboratory tests to propose an appropriate physical model. Drying tests were studied as they focus on the HM response of samples undergoing hydric loadings. A first 2D isotropic model is proposed, and then enhanced to 3D by considering a transversely isotropic Young modulus. Secondly, experimental results provide relevant data to estimate poroelastic and transport parameters involved in the model. Estimation is achieved according to an inverse procedure, which minimizes the error between measurements and model predictions. Finally, a real-size test is simulated using 2D models: an isotropic plastic one and a transversely isotropic elastic one.Model predictions reproduce well the laboratory tests data. When simulating the in situ behavior, a rather good agreement is obtained between the numerical and experimental results (although using the parameters estimated at the laboratory scale). However, the model highlights a limited influence of plasticity in the laboratory tests, while dissipative phenomena obviously occur in situ. 3D laboratory simulations do not improve the precision of 2D results, but reproduce more experimental data (mass variations, axial and lateral strains). Moreover, the inversion process is more efficient when ran over various kinds of data. Furthermore, stability of the algorithm is improved when adopting a two-phase convergence (simplex, followed by a gradient-like method). Numerical estimates of the parameters are in agreement with the direct experimental measurements obtained through other tests

La fissuration à chaud est un défaut majeur rencontré en solidification des alliages d'aluminium. Elle est liée à l'incapacité du liquide de s'écouler dans les zones où des porosités sont présentes, ne permettant pas de les refermer avant qu'elles gagnent en volume. Pour comprendre la fissuration à chaud, il est crucial de développer nos connaissances du comportement mécanique de la zone pâteuse. Pour cela, il est très utile d'effectuer des expériences de microtomographie aux rayons X et des simulations mécaniques sur des volumes élémentaires représentatifs. Dans cette thèse, nous proposons de coupler les deux approches en initialisant une simulation par éléments finis grâce à des données de microtomographie issues d'un test de traction isotherme d'un alliage d'aluminium-cuivre à l'état pâteux. Cette approche originale nous donne directement accès à la réalité expérimentale et permet des comparaisons des évolutions numérique et expérimentale de l'éprouvette. Nous expliquons dans un premier temps comment obtenir la représentation numérique à l'aide de l'algorithme des marching cubes et de la méthode d'immersion de volume. Nous présentons ensuite notre modèle numérique qui s'appuie sur une résolution monolithique des équations de Stokes. Une fois le champ de vitesse obtenu dans l'ensemble des phases solide, liquide et gazeuse, nous utilisons une méthode level set dans un formalisme eulérien afin de faire évoluer la morphologie de notre échantillon numérique. Malgré la simplicité du modèle, les résultats expérimentaux et numériques montrent un accord raisonnable en ce qui concerne la propagation de l'air à l'intérieur de l'échantillon
Hot tearing is a major defect arising during solidification of aluminium alloys. This defect is associated with the inability of liquid to feed areas where voids have started to appear, not allowing to heal small defects before they grow bigger. To understand hot tearing, it is mandatory to develop a good knowledge of the semi-solid mechanical behaviour. It is thus very useful to carry out X-ray microtomographies experiments and mechanical simulations on representative elementary volumes. In this work, we couple the both approaches by initialising a finite element simulation with the help of microtomography data obtained during an isothermal tensile testing of an aluminium-copper alloy in the mushy state. This innovative approach gives a direct access to the experimental reality and allows comparisons of numerical and experimental evolutions of the sample. We explain in a first time how to get the numerical representation thanks to a marching cubes algorithm and the immersed volume method. Then, we present our numerical model for which we solve the Stokes equations in a monolithic way. Once the velocity computed in all the solid, liquid and gaseous phases, we use a level set method in a Eulerian formalism to obtain the morphological evolution of our numerical sample. Despite the model simplicity, numerical and experimental results show a reasonable agreement concerning the air propagation inside the sample

QUB est une méthode d'essai de caractérisation thermique in situ dynamique qui a le potentiel d'être menée sur une courte durée d'une à deux nuits. La robustesse de la méthode QUB avec l'incertitude du niveau de puissance (pendant la phase de chauffage QUB), l'incertitude du coefficient de transfert de chaleur global à l'état d'équilibre, H_ref, et les températures extérieures en fonction des saisons doivent être établies pour les bâtiments réels. Un modèle dynamique d'état-espace est développé dans cette thèse pour simuler des expériences QUB. La modélisation espace-état consiste à générer un circuit thermique pour chaque composant du bâtiment (murs, fenestration, système de ventilation, etc.). Les circuits thermiques sont ensuite assemblés pour générer un seul circuit pour l'ensemble du bâtiment. Le modèle d'espace d'état développé, est validé à l'aide des caractéristiques thermiques et des données mesurées d'une maison à grande échelle (la maison jumelle) fournies par l'annexe 58 de l'IEA EBC. Les simulations numériques des expériences QUB sur une maison montrent que la méthode ne présente que de légères variations avec une incertitude de puissance; par exemple, une erreur de 30% de la puissance optimale peut provoquer une erreur à moins de 3% de la valeur de référence. Une analyse d'erreur a posteriori est effectuée en simulant des expériences QUB dans des situations où l'enveloppe réelle a des caractéristiques différentes de celles supposées dans la conception de l'expérience pour la méthode QUB. Ces résultats sont ensuite comparés à des erreurs a priori, une situation dans laquelle des expériences QUB sont effectuées avec la connaissance de l'enveloppe réelle. L'analyse des erreurs montre qu'avec une erreur de 50% du coefficient de transfert de chaleur global (c'est-à-dire une situation d'isolation de paroi manquante), la méthode QUB entraîne une erreur accrue de seulement 3¬¬%. La précision de la méthode QUB a également été testée avec la variation du rayonnement solaire. Les résultats QUB les jours nuageux montrent une variation moindre par rapport aux jours ensoleillés. Il a été démontré que le transfert de chaleur des radiations solaires retardées pénétrant à travers les murs du bâtiment a un effet sur l'évolution de la température au cours de l'expérience QUB. Cela peut entraîner une augmentation de l'erreur dans la méthode QUB. Les expériences QUB sont simulées pendant l'été et l'hiver pour déterminer l'impact des saisons sur la précision de la méthode. La saison d'hiver montre des résultats plus robustes que les mois d'été. Les mois d'été montrent une plus grande variation des résultats. Il est vérifié que la grande variation est due à une petite différence de température entre les conditions intérieures et extérieures pendant certaines des nuits d'été. Les expériences en saison estivale peuvent être améliorées en augmentant la température de consigne avant l'expérience QUB
QUB is a dynamic in-situ thermal characterization test method that has the potential to be conducted in a short duration of one to two nights. The robustness of QUB method with uncertainty in power level (during QUB heating phase), uncertainty in overall heat transfer coefficient at steady state, H_ref, and the outdoor temperatures a function of seasons needs to be established for real buildings.A dynamic state-space model is developed in this thesis to simulate QUB experiments. The state-space modelling involves generating a thermal circuit for each component of the building (walls, fenestration, ventilation system, etc.). The thermal circuits are then assembled to generate a single circuit for the entire building. The state-space model developed, is validated using thermal characteristics and measured data of a full-scale house (the twin house) provided by IEA EBC Annex 58. The numerical simulations of the QUB experiments on a house show that the method has only slight variation with uncertainty in power; for example, 30% error in optimum power can cause an error within 3 % of the reference value. A posteriori error analysis is performed by simulating QUB experiments in situations in which the real envelope has different characteristics than those assumed in the design of the experiment for QUB method. These results are then compared with a priori errors, a situation in which QUB experiments are performed with the knowledge of the real envelope. The error analysis shows that with 50 % error in the overall heat transfer coefficient (i.e. missing wall insulation situation), the QUB method results in an increased error of only 3¬¬ %. The precision of QUB method was tested also with the variation of solar radiation. QUB results on cloudy days show lesser variation as compared to sunny days. It was shown that the heat transfer from the delayed solar radiations entering through the walls of the building has an effect on the temperature evolution during the QUB experiment. This can lead to an increased error in QUB method. The QUB experiments are simulated during summer and winter to determine the impact of seasons on the accuracy of the method. The winter season shows more robust results as compared to summer months. The summer months show larger variation of results. It is verified that the large variation are due to small temperature difference between indoor and outdoor conditions during some of the summer nights. The experiments in summer season can be improved by increasing the set point temperature before the QUB experiment

L'evolution drastique de la technologie de fabrication des circuits integres rend difficile l'utilisation des outils d'analyse classiques. Parmi ces derniers, les cristaux liquides permettent neanmoins la localisation d'un defaut physique ou electrique sur circuit integre. Cette etude a pour objet de preciser dans quelles limites et sous quelles conditions la methode de test par cristaux liquides reste viable dans un environnement industriel. Comparee aux outils d'analyse actuellement disponibles, cette methode, qui autorise a la fois la detection de points chauds et la visualisation en contraste de potentiel d'un circuit en fonctionnement, revele un taux de couverture de defauts eleve. Sa limite d'utilisation en frequence en fait un outil complementaire du test par faisceau d'electrons. Mais la mise en uvre des cristaux liquides souleve les problemes de la fiabilite et de la reproductibilite des manipulations. Ainsi, la presence d'un relief en surface du circuit sous test pourra nuire a l'interpretation. De meme, les etapes de preparation de l'experience pourront mettre en peril le circuit, souvent unique, presentant la defaillance. Aussi s'efforcera-t-on au cours de ce travail de mettre en place des procedes bien maitrises qui minimiseront les risques d'erreurs. La methode de test par cristaux liquides est suffisamment attractive pour que l'on s'attache a la rendre fiable. Elle permet en effet le test in situ des composants defaillants, ce qui evite de reproduire artificiellement les conditions d'apparition du defaut au risque de le faire disparaitre, et qui autorise l'utilisation du programme de test non modifie d'une carte electronique complete. C'est ce qui fait la particularite de la methode par rapport aux autres disponibles actuellement. C'est aussi l'argument qui a motive notre choix dans un contexte de fabrication de cartes electroniques complexes

Développement d'une méthode optique de mesure des températures, basée sur l'émission et l'absorption du rayonnement thermique dans le proche infrarouge, et permettant de déterminer la température en un point. Parallèlement aux champs des températures cette méthode permet d'accéder aux champs de concentrations relatives en particules et en dioxyde de carbone et fournir des renseignements sur les valeurs in situ de plusieurs paramètres nécessaires à la modélisation des transferts thermiques.

博士
國立成功大學
土木工程學系
102
The seismic resistance capacities of typical I-shape low-rise RC school buildings are limited along the parallel-corridor direction; this phenomenon is crucially non-negligible in terms of seismic retrofitting design. To truly realize details of construction as well as retrofitting benefits, the in-situ push-over tests will be a better strategy to prevent ‘downscaling effect’ and obtain the most direct-and -reliable retrofitting verification. In this study, both in-situ push-over experiments and their corresponding numerical (ABAQUS) simulations are used to investigate the differences of structural behaviors before and after retrofitting. From the observations in this study, it is recommended to add ‘construction-time- modulating factor’ as well as using confined concrete value ( value depends on the reset of stirrups) to carry out push-over analysis. The comparison of each experimental specimen’s seismic capacity as well as their analytical results show that RC jacketing columns, the steel channel adhered to the existing RC columns of external steel-framing system, and column frame retrofitted specimens have both precise prediction and effectively improved strength and ductility when analyzing force behavior of columns and its failure mode, and the two results can provide low-rise RC school buildings with available reinforcement methods: the former one is applicable to existing school buildings with smaller , whereas the latter one is to larger buildings.

In order to accurately predict the stability of riverbanks, model input parameters must be reliable bank failure estimators. Currently, bank stability models require two input parameters to predict bank erosion: critical erosion shear stress and erodibility coefficient. The investigation’s purpose was to compare two erosion estimation methods and improve the bank stability models for cohesive soil commonly found on the banks. To accomplish the objective, critical shear stresses and erodibility coefficients obtained using the in situ submerged jet test device (SJT) were measured against results from the closed-loop laboratory flume method for 12 cohesive bank sites. Additionally, SJT critical shear stress values were compared to values found via empirical relationships found in literature that incorporate plasticity index, median particle diameter, percent siltclay or percent clay content to compute critical shear stress. Particle size analysis and Atterberg limit determinations were run classify the sediment type collected. The critical shear stress values obtained ranged from 0.09 to 5.84 Pa and SJT erodibility coefficients varied from 0.37 to 10.07 cm3/N·s. From flume observations, cohesive soil erosion was influenced by interparticle forces and occurred in aggregate pieces and particle-by-particle. A few critical shear stress values appeared to be unreliable considering the critical shear stress threshold of 1.83 Pa found using the laboratory flume analysis and the limited erosion witnessed. Study results also indicated that sediment properties did not correlate directly with the SJT critical shear stress values or with each other. Flume observations and variations among experimental results suggest other influential factors exist besides critical shear stress and the erodibility coefficient when quantifying the cohesive sediment erosivity. When empirical results were lower than the flume’s critical shear stress threshold, it was possible the mechanical soil property could not be transferred to the soil types tested or estimates incorrectly assumed zero physical and chemical influences. Because of its complexities, traditional experimental design may not reliably measure cohesive soil erosion. Only through the continued collaboration of various field and advanced degree professionals and the detailed, high-quality documentation of as many influential parameters as possible per project can the goal of estimating cohesive sediment erosion be accomplished.

No
Recent progress in the development of European standards has allowed the in situ testing of roadside noise barriers. CEN/TS 1793-5 describes a test method using maximum length sequences (MLS) for the characterisation of airborne sound insulation. However, many barriers are tested according to a laboratory standard, EN 1793-2, based on measurements carried out in reverberant chambers and in the case of timber barriers with a relatively low airborne sound insulation it is not clear to what extent the results of the two tests compare. The paper describes the results of tests carried out using both methods. Six samples of timber barrier were compared including single-leaf and double-leaf constructions and single-leaf constructions with an absorptive core. Very good agreement was found especially when account was taken of the valid frequency range in each test method. The results open up the possibility of routinely evaluating the performance of timber barriers at the roadside where build quality can be variable and there are concerns that the acoustic performance may not match that obtained under laboratory test conditions where typically the barrier is more carefully constructed.

Yes
The in situ measurement of the airborne sound insulation, as outlined in EN 1793-6:2012, is becoming a common means of quantifying the performance of road traffic noise reducing devices. Newly installed products can be tested to reveal any construction defects and periodic testing can help to identify long term weaknesses in a design. The method permits measurements to be conducted in the presence of background noise from traffic, through the use of impulse response measurement techniques, and is sensitive to sound leakage. Factors influencing the measured airborne sound insulation are discussed, with reference to measurements conducted on a range of traffic noise barriers located around Auckland, New Zealand. These include the influence of sound leakage in the form of hidden defects and visible air gaps, signal-to-noise ratio, and noise barrier height. The measurement results are found to be influenced by the presence of hidden defects and small air gaps, with larger air gaps making the choice of measurement position critical. A signal-to-noise ratio calculation method is proposed, and is used to show how the calculated airborne sound insulation varies with signal-to-noise ratio. It is shown that the measurement results are influenced by barrier height, through the need for reduced length Adrienne temporal windows to remove the diffraction components, prohibiting the direct comparison of results from noise barriers with differing heights.
The authors would like to thank the NZ Transport Agency for sponsoring the Auckland traffic noise barrier testing work, and the Auckland Motorway Alliance for assisting with access to the test sites.