Les matériaux de construction par excellence que sont les matériaux à base cimentaire offrent une faible résistance à la traction ainsi qu’une faible capacité de déformation. Ils sont fragiles et particulièrement sensible à la fissuration, notamment la fissuration due au retrait dans le cas d’éléments à grande surface. Des joints de retrait judicieusement espacés permettent de localiser la fissuration et d’éviter le désordre apparent. Malheureusement, ils constituent aussi le point de départ de futurs désordres (pénétration d’agents agressifs, tuilage, etc.). Cette thèse est une contribution au développement d’un nouveau composite cimentaire présentant une capacité de déformation améliorée. Dans cet objectif, des granulats en caoutchouc (G.C.) issus du broyage de pneus usagés ont été utilisés en remplacement partiel du sable. Les résultats obtenus montrent que la présence de ces granulats est préjudiciable vis-à-vis de la rhéologie du matériau à l’état frais mais que l’utilisation d’un superplastifiant et d’un agent de viscosité permet de réaliser les corrections nécessaires. A l’état durci, une chute de la résistance mécanique et du module d’élasticité est observée, en contrepartie la capacité de déformation au stade de la localisation de la macrofissuration est significativement augmentée. Des essais dédiés permettent de démontrer que cette incorporation de G.C. permet de réduire la sensibilité à la fissuration de retrait avec un intérêt évident pour les applications à grande surface comme les chaussées et dallages sur terre-plein. L’influence de la présence de ces G.C. sur la cinétique de la fissuration a été analysée et confirmée par le biais d’une variable d’endommagement et par l’activité (émission) acoustique accompagnant le processus de fissuration.Le potentiel du composite dans les applications à grande surface comme les chaussées en béton a aussi été abordé par le biais de l’indice de qualité élastique qui a confirmé les promesses attendues. Compte tenu du rôle joué par le module d’élasticité du composite sur ces nouvelles propriétés et les applications potentielles, les outils prédictifs de ce module en fonction du dosage en G.C. présentent un intérêt pratique évident. Dans ce sens, cette thèse a permis de tester la pertinence de quelques modèles analytiques. Dans ce cadre, la borne inférieure de Hashin-Shtrikman qui reste perfectible s’est avérée la mieux indiquée.A côté de l’intérêt en termes d’application matériau Génie Civil, l’incorporation de G.C. constitue une voie de valorisation de pneus usagés non réutilisables et une contribution à la protection de l’environnement / Cement-based materials exhibit low tensile strength and poor strain capacity. They are brittle and are very sensitive to cracking particularly to shrinkage cracking in large area applications. Sawn joints allow shrinkage cracking to be localised a way to avoid unsightly cracking. Unfortunately they are also the starting point of future distress (ingress of aggressive agent, curling, etc.).This work is a contribution to the design of a cement-based material exhibiting an enhanced strain capacity. For a such objective rubber aggregates (RAs) obtained from grinding end of life tyres partly replacing natural sand have been used.Results showed that RAs are detrimental to the properties of the fresh materials (workability and segregation). However the use of optimized content of a superplasticiser and of a viscosity agent allows the required behaviour to be achieved.With regard to harden state, RAs reduce the strength and the modulus of elasticity of the composite but the strain capacity corresponding to the macrocracking formation is significantly improved. Specific tests showed that RAs reduced the propensity of the material for shrinkage cracking, offering an interest for large surface area such as pavements.Analysis by a scalar damage variable and by acoustic emission is in a good agreement with expected effect of RAs on the cracking kinetics and on the mechanical behaviour of the composite.The interest of the rubberized concrete in large area application such as concrete pavements has been studied and confirmed through the Elastic Quality Index. Given the major role of the modulus of elasticity of the composite on the new properties and expected applications, tools aimed to predict this modulus of elasticity as a function of RAs content are of practical benefit. With this purpose, the work allowed the relevance of some analytical models to be tested. In this context, the lower Hashin-Shtrikman bound which remains perfectible proved to be the most appropriate.Finally, apart from application of civil engineering material, the use of RAs from grinding end of life tyres is a solution of recovery of an industrial by-product and a contribution to a clean environment

Specified topic of the thesis is a multilevel evaluation of brittleness of selected building composites. The work deals with the opinions of fracture parameters of test specimens of lightweight and ordinary concrete. Specimens further differed fibres content in concrete mixtures, their type and length. The work is divided into two parts, theoretical and practical. The theoretical part conceives composite materials and introduction to fracture mechanics. The practical part describes the different steps for fracture-mechanical parameters evaluation using StiCrack and Excel Visual Basic software. The main part of the work is to evaluate the brittleness of different test specimens, taking into account the type of concrete mix and type of fibres.

Bei dem Prozess einer Wasserstoffinduzierten Spannungsrisskorrosion (H-SpRK) handelt es sich um einen zeitabhängigen Vorgang, der zu einer Reduzierung der Duktilität und Widerstandskraft des Spannstahls führt und daraus resultierend ein sprödes und schlagartiges Versagen eines Spannbetonbauwerkes zur Folge haben kann. Der Prozess selbst und insbesondere auch die ihn beeinflussenden Parameter sind für die im Bauwesen verwendeten hochfesten Spannstähle älterer Produktion weitestgehend unerforscht. Die Relevanz für bestehende Bauwerke ist jedoch nicht zuletzt durch einzelne dokumentierte und untersuchte Schadensfälle nachgewiesen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die zur Verfügung stehenden Bauwerksuntersuchungen aus den zurückliegenden ca. 10 Jahren statistisch zu analysieren und auszuwerten. Auf dieser Basis war ein Berechnungsmodell wahrscheinlichkeitstheoretischer Basis zu entwickeln, mit dem die Gefahr eines spröden Bauwerksversagens für das Gesamttragwerk beurteilt und hinsichtlich der Auswirkungen auf das einzuhaltende Sicherheitsniveau bewertet werden kann. Es wurden insgesamt 31 Bauwerksuntersuchungen statistisch ausgewertet und beurteilt. Die zur Verfügung stehenden Daten wurden analysiert und hinsichtlich der Prüfqualität sowie der Quantität der Proben bewertet. Dabei war festzustellen, dass aufgrund fehlender konkreter Vorgaben im Regelwerk eine sehr heterogene Datenbasis vorliegt. Nicht alle Untersuchungsergebnisse konnten in die weitere Auswertung einbezogen werden. Die in ausreichender Datenqualität und Datenumfang geeigneten Untersuchungen wurden hinsichtlich ihrer Relevanz für den Prozess einer H-SpRK analysiert und die Auswirkungen einzelner Parameter bewertet. Im Ergebnis der materialtechnischen Untersuchungen und statistischen Auswertung der Bauwerksuntersuchungen wurde ein Berechnungsmodell vorgestellt, das den gleichzeitigen Ausfall von Spannstahl in allen Bereichen des Bauwerkes berücksichtigt. Zusätzlich zum Standardverfahren des beschriebenen Vorgehens wird das Modell um den Ansatz eines korrelierten Spannstahlausfalls erweitert. Außerdem wird für Bauwerke mit einem statisch unbestimmten Anteil der Vorspannung sowie für Konstruktionen mit gestaffelter Spannstahlbewehrung die Anwendung des Verfahrens konkretisiert. Neben der Erstellung des Berechnungsmodells wurden Vorschläge zu Vorgaben für die Bauwerksprüfung vorgestellt. Dazu zählen insbesondere die Festlegung von Prüfintervallen sowie einheitliche Vorgaben zu den verwendeten Prüfmethoden und -verfahren. Bezüglich der Festlegung von Mindestumfängen von Proben wird zwischen bestehenden und auch weiter zu nutzenden Bauwerken einerseits sowie Probennahmen im Rahmen von Rückbaumaßnahmen unterschieden.

Ce travail de thèse a pour objectif de comprendre la fragilité des composites à matrice polymère (PVC) contenant des particules de bois. Dans un premier temps, il s’agit d’examiner le rôle de chacun des constituants : matrice et charge, sur les propriétés mécaniques du composite. Cette étude a montré que l’influence des paramètres relatifs à la microstructure de la matrice PVC est minoritaire face à celle des paramètres de la farine de bois. Pour mettre en évidence le rôle des particules de bois, une méthode d’analyse de leur dispersion et leur orientation par une technique 3D non destructive, a été employée : la tomographie aux rayons X. Un traitement spécifique des données a permis de quantifier la taille, l’orientation et la connectivité des particules. Ainsi, on a montré que l’existence d’agglomérats et/ou d’un réseau percolant fragilise fortement le composite ce qui explique la chute de la résistance au choc lorsque le taux de farine de bois augmente. Pour optimiser le compromis fragilité/ductilité, différentes solutions ont été envisagées. Dans un deuxième temps, nos travaux s'intéressent à l'évolution de l'endommagement de matériaux composites possédant différents taux de farine de bois. Cette évolution est mesurée à l'aide de deux techniques : l'émission acoustique et la tomographie aux rayons X in-situ. La décohésion à l’interface entre la matrice PVC et les particules de bois est le mécanisme initiant l’endommagement. La transition ductile/fragile des composites s’explique par la coalescence de ces cavités. L’ajout de modifiant choc ne réduit pas suffisamment ce mécanisme. Les agents de couplage sont donc la voie à explorer afin d’améliorer l’interface matrice/particules et remédier au défaut d’adhésion qui pénalise ces composites. / The aim of the present study is to understand the origin of the brittleness of PVC/wood flour composites (WPC). The influence of the matrix and of the filler is investigated: fiber parameters are key factors that significantly affect the mechanical properties of WPC. Fiber dispersion, orientation and particles connectivity can be accurately assessed by using the non-destructive X-ray tomography technique. The qualitative and quantitative analysis of tomography experimental results allows a 3D visualisation of the composite. The brittleness of the composites is caused by agglomerates and/or the presence of a percolated network: it explains why impact resistance decreases when the wood flour content increase. To optimise the rigidity/ductility compromise, several solutions are considered. The other part of this work consists of combining acoustic emission and X-ray tomography to study the evolution of damaging in composite materials with different wood flour content. An original coupling of these two techniques is implemented. The main failure mechanism involved in such composites is the decohesion between the matrix and the wood particles. The ductile/brittle transition occurs when the cavities coalescence becomes the dominant process over the PVC matrix failure. Adding impact modifiers is not sufficient to improve the ductility of the composite. Coupling agents are the route to be explored so as to improve the interfacial adhesion between the matrix and the particles.