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ANNÉE 2007
Sujet de thèse
Année universitaire : 2007/2008
Direction scientifique (DS)
Bureau des Emplois Scientifiques non Permanents
Affaire suivie par :
Jean-Luc Clément 01.40.43.53.60
E-mail [email protected]
Sujet n°:
Unité technique Division Matériaux et Structures de Chaussées
Programme : P
Opération : P065
Conseillers d’étude LCPC :
Pierre Hornych
Tél. : 02 40 84 58 09
E-mail : [email protected]
Didier Bodin
Tél. : 02 40 84 58 13
E-mail : [email protected]
Directeur de thèse :
Hervé Di Benedetto Tél. : 04 72 04 70 65
E-mail : [email protected]
Ecole doctorale : MTGC
Etablissement d’inscription : Ecole centrale Nantes
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Titre du sujet : Prédiction des déformations permanentes des matériaux de chaussées
Description détaillée du sujet :
L’orniérage désigne de façon générale les phénomènes de déformations permanentes
du profil transversal des chaussées, qui apparaissent et croissent sous l’effet du trafic.
L’observation de coupes transversales de différents types de chaussées, fortement
orniérées, montre que les déplacements de surface peuvent provenir de deux sources : soit du
tassement des couches structurelles de matériaux non liés (plate forme support, couches de
graves non traitées), soit de la déformation des couches bitumineuses plutôt proches de la
surface. Le premier cas s’observe principalement sur des chaussées souples et se traduit
généralement en surface par des ornières dites à grand rayon, qui englobent chaque voie de
circulation. Ce type d’orniérage est parfois appelé « orniérage structurel ». Le second cas se
produit plutôt sur les chaussées bitumineuses épaisses et se manifeste par des ornières à « petit
rayon », de la largeur des bandes de roulement avec formation de bourrelets latéraux. Les
facteurs déclenchant ou aggravant sont bien connus : fortes températures, charges et pressions
de pneus élevées, vitesses lentes (pentes, zones de freinage, etc.) (Di Benedetto, 2005). De
plus, l’usage de matériaux recyclés dans les couches de plus en plus proches de la surface de
la chaussée pose le problème du comportement à long terme de ces matériaux vis-à-vis de
l’orniérage.
Nous nous intéresserons ici au deuxième cas, qui met spécifiquement en jeu le
comportement des matériaux « noirs ».
L’orniérage des couches bitumineuses représente ainsi, aux côtés de
l’endommagement et de la fissuration par fatigue, l’un des principaux modes de dégradation
potentiel des chaussées. Sur les routes à circulation rapide, il ne peut être toléré en trop forte
intensité pour des causes d’inconfort au roulement et de sécurité (risques accrus
d’aquaplanage notamment). On cherche donc à limiter ce phénomène par la recherche de
formulation d’enrobés pour couches de base et couches de roulement, résistants aux
déformations permanentes. Bien entendu, ces formulations doivent également rester
performantes vis-à-vis de la fissuration par fatigue, ce qui rend la tâche difficile, compte tenu
des exigences contradictoires, en termes de dureté de bitume ou de teneur en liant par
exemple, nécessitées par la lutte contre ces différentes pathologies. Cependant, le plus
important est surtout de prévoir l’orniérage et de comprendre son évolution dans le temps.
Le LCPC conduit depuis plusieurs années des travaux de recherche sur cette
thématique, qui ont permis des progrès importants dans la compréhension des mécanismes en
jeu, tant au niveau du comportement des enrobés bitumineux que de celui des structures de
chaussées.
Si les méthodes de laboratoire existantes (essais à l’orniéreur) sont fiables pour
classifier les enrobés bitumineux comme convenables ou non dans les conditions usuelles de
chargement et d’environnement, il n’existe pas de caractérisation intrinsèque en laboratoire
permettant de prédire le comportement à l’orniérage pour une évolution des charges, de
l’environnement climatique et du matériau.
Le travail proposé dans cette thèse, vise dans ce cadre à répondre à la problématique
de caractérisation intrinsèque en laboratoire des déformations permanentes des enrobés par
mise au point et interprétation d’essais mécaniques (type essais triaxiaux, compression
cyclique).
Cette thèse va se dérouler en trois étapes :
• Une partie bibliographie
• Une partie expérimentale
• Une partie modélisation
La partie bibliographique (portant sur le phénomène d’orniérage, sur les différents essais
et les différents modèles existants) a pour but de nous aider à réaliser la deuxième partie de
notre travail : la partie expérimentale. L’objectif est également de rassembler des résultats
expérimentaux (essais triaxiaux en particulier) permettant de tester des approches de
modélisation.
Les essais réalisés seront des essais triaxiaux à chargements cycliques. Les paramètres de
ces essais et la façon d’exploiter nos résultats seront déterminés après l’étude bibliographique.
La presse utilisée sera la presse SCHENK, actuellement utilisée pour des essais sur les graves
non traitées (GNT). Après quelques modifications, elle sera équipée d’une cellule triaxiale
thermorégulée. L’objectif est d’obtenir une base de données expérimentales.
Pour la partie modélisation, deux modèles sont envisagés pour le moment. Le premier
modèle est le modèle 2M1C-BB (Nguyen, 2006) mis au point au LCPC et à l’ENPC. Il est
capable de prendre en compte un certain nombre d’aspect du comportement mécanique des
matériaux bitumineux parmi lesquelles les déformations permanentes sous sollicitations
cycliques. Il est appliqué au calcul de l’orniérage de chaussées bitumineuses à travers son
implémentation au sein du module ORNI du code de calcul CESAR-LCPC. Le deuxième
modèle est le modèle DBN (Neifar et Di Benedetto, 2001) mis au point à l’ENTPE. C’est un
modèle rhéologique qui prend en compte plusieurs types de comportement : viscoélasticité
linéaire en petites déformations, non linéarité pour des niveaux de déformations plus élevées
et écoulement viscoplastique.
Enfin les principaux objectifs de cette thèse sont :
• La prédiction du comportement au triaxial
• Si possible le passage à un calcul de structure, en s’appuyant sur des développements
déjà réalisés dans CESAR-module ORNI
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Le sujet est-il en rapport avec un contrat de recherche :
Si oui, de quel contrat s’agit il ?
non
Le financement du doctorant est il prévu dans le contrat ?
Le sujet de thèse est-il lié à des dépenses spécifiques (encadrement, équipement scientifique, etc…)
si oui lesquelles ? non