Approche expérimentale et numérique de la fissuration réflective des chaussées : De la chaussée instrumentée au laboratoire en passant par la modélisation
Résumé
Le vieillissement du patrimoine routier est observé dans la plupart des pays du monde, générant des besoins croissants en matière de travaux d'entretien et de réparation des chaussées. Dans un contexte de contraintes économiques et environnementales de plus en plus exigeant, ces travaux nécessitent souvent encore le développement de solutions techniques appropriées, résistantes et durables dans le temps. Se pose alors le problème de l'évaluation prévisionnelle de ces techniques, qui doit se faire sans attendre les longs délais nécessaires aux enseignements provenant avec le temps des retours d'expérience sur chaussées réelles. Dans le cadre de la présente thèse Approche expérimentale et numérique de la fissuration réflective des chaussées, on s'intéresse aux sollicitations mécaniques gouvernant les mécanismes de remontée de la fissuration à travers les couches de surface bitumineuses. Il peut s'agir de la fissuration régnant dans les couches d'assise de chaussées dégradées ayant fait l'objet de travaux de renforcement et également de celle régnant dans les couches d'assise en matériaux traités aux liants hydrauliques de chaussées semi-rigides neuves. L'objet est de caractériser ces sollicitations afin de définir les protocoles de chargement aussi réalistes que possible pour piloter le banc de fissuration MEFISTO en cours de développement du Laboratoire Régional d'Autun. Cet équipement permettra d'étudier en laboratoire le comportement de matériaux bitumineux. Pour la détermination de ces protocoles, la démarche générale guidant le déroulement de notre travail s'articule selon deux principales phases. Dans une première phase, le phénomène de remontée de la fissuration est étudié sur des planches de chaussées expérimentales soumises à un trafic accéléré à l'aide des simulateurs de trafic lourd FABAC du LCPC. Ces essais mettent en évidence un délaminage systématique et très rapide avec le trafic de l'interface entre le rechargement bitumineux et son support fissuré. La remontée de la fissuration dans l'enrobé résulte alors de l'endommagement par fatigue sous l'effet des contraintes de traction par flexion induites par ce délaminage. L'interprétation des résultats expérimentaux conduit à proposer un modèle numérique aux éléments finis 3D, permettant de reproduire les états initiaux de sollicitations dans la couche de rechergement bitumineuse. Le modèle met en ½uvre le logiciel CESAR-LCPC . Dans une deuxième phase ce modèle numérique est utilisé pour déterminer les conditions de pilotage de la machine de fissuration MEFISTO. La démarche proposée est illustrée par un exemple de chaussée tiré du Catalogue de dimensionnement SETRA/LCPC. Elle repose sur la minimisation des écarts entre les efforts supportés par le matériau dans la chaussée réelle et le matériau testé à proximité de la fissure. Cette démarche nous conduit à proposer une position optimale des vérins verticaux, ainsi que des trajets de chargements complètement définis. Ces résultats pourront être utilisés pour la réalisation prochaine des tout premiers essais. Il reste encore à tester et à valider la pertinence de la démarche, qui sera à juger en fonction de la représentativité de l'essai MEFISTO par rapport au comportement de chaussées réelles, sans doute après quelques adaptations. Ceci sera possible lorsque le banc en cours de modification sera à nouveau opérationnel.
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