PROPOSITION DE SUJET DE STAGE SCOLAIRE F2 F1 F3

PROPOSITION DE SUJET DE STAGE SCOLAIRE
Année 2007/08
Division Matériaux et Structures de Chaussées / LCPC (http://www.lcpc.fr/msc)
Nantes
[email protected] (LCPC/MSC) (http://or.lcpc.fr/fondephy)
Unité technique d’accueil :
Lieu :
Responsable :
Titre du sujet :
Simulations des effets du retrait du béton de ciment sur la flexion de bicouches de chaussées fissurées
Description du sujet :
Les sols en place étant incapables de supporter les charges induites par le trafic lourd, la chaussée a pour rôle de
diminuer, grâce à la superposition de couches de différents matériaux, les contraintes au niveau de la plate-forme
support. En vue d’augmenter la durabilité de ces structures, dimensionnées pour 15 ans voire 30 ans, il est nécessaire de
prévoir leurs dégradations par fatigue avant ruine finale, afin d'en diminuer les travaux d’entretien et donc les coûts.
Rencontrée dans le cas de chaussées à faibles trafic (urbaines ou non), la combinaison de bicouches de matériaux
hydrauliques ("blanc") et de matériaux bitumineux ("noir") présente l'avantage de limiter initialement dans le cas "blanc
sur noir" les effets de l'orniérage et dans le cas "noir sur blanc" les effets des macro-fissures des bétons hydrauliques.
Lorsque la macro fissure existe, son trajet doit être étudié, gouverné et stoppé pour augmenter la durabilité de telles
structures de chaussées.
Les équipements expérimentaux du Laboratoire Régional d'Autun offrent la possibilité de simuler en laboratoire,
quelque soit la configuration de bicouche envisagée, sous enceinte thermique, à l'aide de 3 vérins hydrauliques et de
plaques supports, les différents scénarii de propagation de fissure par fatigue de tels spécimens (Figure 1).
F1
F2
F3
Figure 1: Shéma de l'essai "Méfisto" d'un bi-matériau fissuré
Le premier objectif de ce stage est de compléter et d'approfondir l'analyse initiale élastique de cet essai contenue dans
le stage de (Spilmann, 2007).
Le modèle utilisé pour ce faire est le Modèle Multiparticulaire des Matériaux Multicouches (M4) à 5n (n : nombre total
de couches) spécialement conçu pour analyser les champs de contraintes près des bords ou fissures à l’interface entre
couches de matériaux (Chabot, 1997) (Chabot et Ehrlacher, 1998). Une méthode de résolution et un outil de calcul ont
été écrits sous le logiciel libre Scilab pour l'analyse, en 2D déformation plane, des champs de contraintes d'éprouvettes
monocouche de l'essai utilisé avec un seul vérin vertical.
Il s'agit ici de les développer dans le cas de configurations à 2 puis 3 vérins pour des éprouvettes bi-couches en vue
d'étudier les effets du retrait du béton de ciment sur la flexion de bicouches fissurés. Des comparaisons et validations
seront menées à l'aide de calculs éléments finis du code de calcul César-LCPC et des résultats de littérature.
Le deuxième objectif du stage est de participer, en amont à un sujet de thèse, à la construction d'un outil de calcul
simplifié et rapide de structures de chaussées discontinues. Dans ce premier travail, il s'agira à partir des équations du
M4-5n utilisé dans la première partie du stage d'introduire les effets du sol à l'aide de ressorts (R). Des comparaisons
seront faites avec la littérature. Dans le cas 2D des déformations planes, des liens seront recherchés pour lier
explicitement la valeur des trois efforts des vérins de la machine Méfisto aux champs résultants (d’intensité finie près
des bords de la fissure) du M4-5nR ainsi écrit.
Références:
Chabot A. (24 Juin) 1997. Analyse des efforts à l’interface entre les couches des matériaux composites à l’aide de Modélisations
Multiparticulaires des Matériaux Multicouches (M4). Thèse de doctorat de l'Ecole Nationale des Ponts et Chaussées.
Chabot A., Ehrlacher A. 1998. Modèles Multiparticulaires des Matériaux Multicouches M4_5n et M4_(2n+1)M pour l’étude des effets de
bord. Comptes-rendus aux 11ème Journées Nationales sur les Composites (JNC11), 18-20 nov., Arcachon, 3, 1389-1397.
Spilmann N. 2007, "Analyse des contraintes de l'essai Méfisto à l'aide du M4-5n"". Stage de MASTER2 Analyse numérique 2ème
année de l’Université de Nantes.
Rattachement à un thème de recherche du LCPC. Lequel ?
Programme P, opération Fondephy (http://or.lcpc.fr/fondephy)
Ce stage est-il lié à un contrat. Lequel ?
non
Ce sujet se positionne-t-il en amont d’un sujet de thèse qui sera proposé pour l’année universitaire 07/08 :
OUI
er
4 à 6 mois
1 semestre 2007
Durée souhaitée du stage :
Période de stage :
Etablissement(s) d’enseignement(s) souhaité(s) :
ENPC – ECN - Universités
Prérequis (niveau de connaissance) :
Stage de fin d’études d’ingénieur, Master mécanique souhaité (Domaine Matériaux et Structures), génie civil, analyse
numérique
Goût prononcé pour la mécanique des milieux continus, les calculs analytiques et la programmation.