Determination of the bulk elastic moduli of various concrete by resonance frequency analysis of slabs submitted to degradations

The study presented here aims at evaluating the bulk elastic Young modulus of six different concrete mixes as a function of the water content and degradations due to carbonation or chloride ingress. The frequency analysis of ultrasonic waves in concrete after the impact of a steel ball (impact echo method) is commonly used to measure the thickness of large slabs, to detect voids in concrete structural elements considered as infinite. In the research project, this method was employed on reduced sized slabs (0.5x0.25x0.12 m). As a consequence, it was necessary to identify the frequencies corresponding to resonance modes or pseudo-stationary modes. This modal analysis was validated by several simplified models (for thin or semi-thick slabs or beam) and used to calculate the dynamic Young modulus Edyn and the Poisson ratio. This last parameter is varying from 0.17 to 0.24, classical values for concrete. The dispersion of the Poisson ratio is too important and the values can not be compared to destructive nor non destructive test results. Otherwise once inverted for all concrete mixes, the Edyn-modulus is compared to static Young modulus Estat measured by destructive testing. Résumé L'étude présentée ici vise à évaluer le module de déformation élastique de neuf bétons différents en fonction de leur teneur en eau et des dégradations dues à la carbonatation et à la pénétration des chlorures. L’analyse fréquentielle d’ondes mécaniques se propageant dans le béton suite à l’impact d’une bille d’acier (méthode impact-écho) est utilisée habituellement pour mesurer l’épaisseur de dalles ou pour détecter des défauts dans des éléments de structure considérés comme infinis. Dans le projet, cette méthode a été employée sur des dalles de taille réduite (0.5x0.25x0.12 m). Par conséquent, il a été nécessaire d’identifier les fréquences correspondant à des modes de résonance ou à des modes pseudo-stationnaires. Cette analyse modale a été validée par deux modèles simplifiés (pour des dalles minces et des poutres) et utilisé pour calculer le module d’Young dynamique Edyn et le coefficient de Poisson. Ce dernier paramètre varie de 0.17 à 0.24, valeurs classiques pour le béton. La dispersion des valeurs obtenues pour le coefficient de Poisson est importante et de plus celles-ci ne peuvent pas être comparées à des coefficients similaires obtenus par méthodes destructives ou non-destructives. Par ailleurs, une fois inversé pour toutes les formulations de béton, le module dynamique Edyn est comparé au module d’Young Estat mesuré par essai destructif.