Modélisation du comportement mécanique des interfaces de couches de chaussées sous sollicitations monotones

Les chaussées sont des structures multicouches composites soumises à des sollicitations combinées de mécaniques et climatiques. Les méthodes de dimensionnement conventionnelles considèrent l'interface entre deux couches soit parfaitement collée, soit parfaitement glissante, en fonction de la nature des couches en présence [1]. Depuis déjà plusieurs années, des dégradations sévères sont observés au niveau des couches de surface, et peuvent être directement corrélées à des décollements par arrachement ou par glissement entre couches, ceci malgré la mise en ?uvre d'une couche d'accrochage ou de systèmes de renforcements par géogrilles. Ces pathologies sont fréquemment rencontrées sur des sections de chaussées fortement sollicitées en cisaillement (zones de freinage-accélération, giratoire, rampes, etc.), dans le cas de structures particulières telles que les quais de déchargement, les taxiways des aéroports, les sols industriels, ou encore dans le cas des chaussées comportant une couche de roulement de faible épaisseur. Les ruptures constatées peuvent se produire en sollicitations monotones sévères, à très faible nombre de cycles ou encore en fatigue [2], [3] et [4]. Toutes ces données montrent que la compréhension et la modélisation du comportement mécanique de l'interface est un paramètre clé pour le dimensionnement des structures de chaussées

Interfaces de chaussées : de la caractérisation du comportement mécanique de l'interface à sa modélisation

Dans les structures de chaussées, les problèmes de collage de la couche de surface (de plus en plus mince) sont reconnus comme récurrents. En effet, la durabilité du collage des interfaces peut, dans le cas des couches minces ou de zones de freinage/accélération/virage ; devenir prépondérante en terme de durabilité globale de la structure. La fatigue des interfaces n’est, actuellement, pas prise en compte dans la méthode française de dimensionnement, les couches bitumineuses étant toujours supposées parfaitement collées. L’objectif de l’étude est d’identifier, via des essais de traction directe et de cisaillement pur, les caractéristiques mécaniques de différents complexes d’interface. Les méthodes d’analyses d’images permettent d’identifier champs globaux et champs locaux. Les modèles de joint cohésif, frottant sont confrontés aux données expérimentales

Damage interface and debonding modeling in multilayered asphalt pavements

Si, pour les matériaux composites élaborés, de nombreuses études expérimentales ainsi que des modèles locaux de comportement ont été développés, la maîtrise du comportement des interfaces entre couches de surface ou d’assise de chaussées est actuellement un réel verrou scientifique. La méthode de dimensionnement française actuelle ne prend en compte, aux interfaces, que des conditions conventionnelles de collage ou de glissement parfait. Afin d’appréhender le comportement local de l’interphase\interface, les outils de la photomécanique apparaissent incontournables. La présente thèse propose une modélisation de l’interface rugueuse et endommageable par un modèle de zone cohésive en mode mixte. Ce manuscrit de thèse comporte trois chapitres. D’abord, le chapitre I présente un état de l’art sur les interfaces dans les matériaux et les structures et en particulier dans les couches de chaussées. Ensuite dans le chapitre II, une identification expérimentale des paramètres mécaniques et géométriques du modèle d’interface est proposée à travers des essais de traction et de cisaillement et des mesures de la texture (PMT et projections de franges). Les résultats obtenus (adhésion, rugosité,…) seront les paramètres d’entrée d’un modèle d’endommagement d’interface. Enfin, le chapitre III aborde la modélisation des interfaces entre couches de chaussées sous l’angle des modèles de zones cohésives avec la prise en compte de la rugosité géométrique. A l’issu de cette étude, une loi est proposée permettant de prendre en compte l’effet de la rugosité à une échelle locale dans une interface lisse équivalente à l’échelle globale.Interface between bituminous layers is an important parameter for the pavement computational design.New pathologies in pavement structure require today rational methods taking into account theinterfaces behavior. Due to these concerns, the current study is based on a damage cohesive zonemodel (CZM) in mixed mode of the rough interfaces. The model was initially proposed by Allix-Ladevèze. This thesis presents a comprehensive interface modeling including delay effect, based ondamage energy release rate. The process of the present study is presented in three chapters. The firstchapter present the stat of art of interfaces. The second devoted to identify the parameters of theinterface model and material properties through advanced optical method as Digital Image Correlation(DIC) and (H-DIC). In the third chapter, a study of the influence of the elastic normal and tangentialstiffness and coupling parameters in the mixed mode on the debonding interfacial energy is presented.An analytical model provides relations between the interfaces stiffness, the coupling parameter of theCZM and the interfacial roughness. Then, a parametric numerical analysis is conducted to study theroughness effect on the interface constitutive law. Results show clearly the roughness influence in thiskind of structures. The damage behaviours predicted by the proposed model for pure mode I, puremode II and for mixed mode with taking into account of roughness are found in good agreement withexperimental results

Mécanismes et modélisations de dégradation et décollement des interfaces de couches de chaussées

Interface between bituminous layers is an important parameter for the pavement computational design.New pathologies in pavement structure require today rational methods taking into account theinterfaces behavior. Due to these concerns, the current study is based on a damage cohesive zonemodel (CZM) in mixed mode of the rough interfaces. The model was initially proposed by Allix-Ladevèze. This thesis presents a comprehensive interface modeling including delay effect, based ondamage energy release rate. The process of the present study is presented in three chapters. The firstchapter present the stat of art of interfaces. The second devoted to identify the parameters of theinterface model and material properties through advanced optical method as Digital Image Correlation(DIC) and (H-DIC). In the third chapter, a study of the influence of the elastic normal and tangentialstiffness and coupling parameters in the mixed mode on the debonding interfacial energy is presented.An analytical model provides relations between the interfaces stiffness, the coupling parameter of theCZM and the interfacial roughness. Then, a parametric numerical analysis is conducted to study theroughness effect on the interface constitutive law. Results show clearly the roughness influence in thiskind of structures. The damage behaviours predicted by the proposed model for pure mode I, puremode II and for mixed mode with taking into account of roughness are found in good agreement withexperimental results.Si, pour les matériaux composites élaborés, de nombreuses études expérimentales ainsi que des modèles locaux de comportement ont été développés, la maîtrise du comportement des interfaces entre couches de surface ou d’assise de chaussées est actuellement un réel verrou scientifique. La méthode de dimensionnement française actuelle ne prend en compte, aux interfaces, que des conditions conventionnelles de collage ou de glissement parfait. Afin d’appréhender le comportement local de l’interphase\interface, les outils de la photomécanique apparaissent incontournables. La présente thèse propose une modélisation de l’interface rugueuse et endommageable par un modèle de zone cohésive en mode mixte. Ce manuscrit de thèse comporte trois chapitres. D’abord, le chapitre I présente un état de l’art sur les interfaces dans les matériaux et les structures et en particulier dans les couches de chaussées. Ensuite dans le chapitre II, une identification expérimentale des paramètres mécaniques et géométriques du modèle d’interface est proposée à travers des essais de traction et de cisaillement et des mesures de la texture (PMT et projections de franges). Les résultats obtenus (adhésion, rugosité,…) seront les paramètres d’entrée d’un modèle d’endommagement d’interface. Enfin, le chapitre III aborde la modélisation des interfaces entre couches de chaussées sous l’angle des modèles de zones cohésives avec la prise en compte de la rugosité géométrique. A l’issu de cette étude, une loi est proposée permettant de prendre en compte l’effet de la rugosité à une échelle locale dans une interface lisse équivalente à l’échelle globale

Roughness modeling in the pavement layers interfaces

International audienceThe interfaces between the bituminous pavement layers represent a very important parameter for the computational and design of these structures. However, the bonding quality depends on binder properties, adhesion state and surface cleanliness [1]. Some research [2] [3] shows the influence of the surface roughness between the different layers on the mechanical behavior of the interfaces in these structures. In fact, roughness and adhesion state is related to the specific surface and the contact surface at the interface between layers