Endommagement à la fatigue et fissuration mécanique des enrobés bitumeux sur dalle orthotrope

Abstract

Les ponts métalliques à dalle orthotrope sont utilisés généralement pour les ponts à longue portée où le poids de la structure est un facteur important. Le comportement du revêtement bitumineux sur ce type d ouvrages est complexe d une part, en raison de sa composition et, d autre part, à cause de son support très différent des chaussées routières classiques. Sa formulation spécifique doit répondre à des critères mécaniques comme la souplesse, une bonne résistance à la fissuration. L essai français normalisé de dimensionnement en laboratoire est l essai de flexion sous moment négatif. Un dispositif est opérationnel depuis 2003 au laboratoire Géomatériaux de l ENTPE. Les échantillons sont représentatifs d une structure réelle de pont à dalle orthotrope. Les conditions d essai ont été définies dans le début des années 1980 par le Laboratoire Central des Ponts et Chaussées et ont fait l objet d une normalisation française seulement en 2006. Entre ces deux dates, peu d avancées ont été faites sur la compréhension du comportement du revêtement sur cet essai. Avec l aide des résultats obtenus au laboratoire ces dernières années et au cours de cette thèse en particulier, cette norme définit précisément une instrumentation basée sur des jauges de déformations ou capteurs de déplacement afin de suivre en continu l évolution du comportement mécanique du revêtement bitumineux sur le platelage métallique. Aujourd hui, grâce au développement d essais non-destructifs par propagation d ondes, il est possible d obtenir également un suivi continu des caractéristiques intrinsèques du revêtement et de détecter l apparition d une macro-fissure. À partir des vitesses de propagation et de l atténuation des ondes de compression et de cisaillement, les modules de rigidité et de cisaillement du revêtement bitumineux peuvent être calculés par analyse inverse. En outre, des essais sur éprouvettes cylindriques d enrobé bitumineux permettent de caractériser mécaniquement et thermiquement le matériau déposé ensuite sur platelage métallique. À l aide d une instrumentation appropriée, l essai de module complexe nous permet d obtenir et de définir le module et le coefficient de Poisson pour chaque couple (fréquence, température). De plus, des essais de mises en température permettent de déterminer les coefficients thermiques (conductivité thermique, capacité massique) par un traitement numérique in-verse des données. Ces paramètres intrinsèques au matériau sont indispensables pour prendre en compte dans une modélisation les effets mécaniques et thermiques. De plus, des essais de fatigue sur ces échantillons cylindriques tentent de simuler le comportement à la fatigue du revête-ment bitumineux appliqué sur le platelage métallique. Une loi d endommagement est ainsi dé-duite. Finalement, le dispositif de flexion est modélisé en tenant compte du comportement thermomécanique de l enrobé bitumineux. Une simulation plus fine intégrant une loi d endommagement décrit efficacement les essais réalisés. Ainsi, cette modélisation permet une étude préliminaire du comportement du revêtement sur dalle orthotrope avant d effectuer ces essais de fatigue lourds à mettre en œuvre, longs et coûteux.The behavior of asphalt layers on steel decks is complex. It is a soft support and must have a strong resistance to cracking. The five-point bending fatigue test is the standard device in laboratory. A device has been improved operational since 2003 at the ENTPE laboratory. Specimens are representative of a real deck. The mechanical evolution is motored with strain gauges and displacements sensors throughout the test. Moreover a non-destructive test based on ultrasonic measurements has been developed. Thus, mechanical characteristics are followed up, and it makes it possible to plot damage evolution cure for each asphalt mix tested. This test is finally modeled with high quality that enables a preliminary study of the behavior of different asphalt mix.VILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocSudocFranceF