Thèse soutenue

Apport de la viscoélasticité dans l’analyse dynamique des essais au Heavy Weight Deflectometer
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Auteur / Autrice : Jean-Marie Roussel
Direction : Hervé Di BenedettoCédric Sauzeat
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie civil
Date : Soutenance le 16/11/2020
Etablissement(s) : Lyon
Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Mecanique, Energetique, Genie Civil, Acoustique (MEGA) (Villeurbanne)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-)
établissement opérateur d'inscription : Ecole nationale des travaux publics de l'Etat (Vaulx-en-Velin, Rhône ; 1975-....)
Jury : Président / Présidente : Angela Madeo
Examinateurs / Examinatrices : Michaël Broutin
Rapporteurs / Rapporteuses : Armelle Chabot, Eyal Levenberg

Résumé

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Le Heavy ou Falling Weight Deflectometer (F/HWD), est un appareil d’auscultation non destructive des chaussées basé sur la mesure de la déflexion engendrée par un chargement impulsionnel. Les essais F/HWD sont généralement exploités par des méthodes d’analyse inverse, dont le but est de déterminer les propriétés mécaniques des couches de chaussée. Ces méthodes consistent en la recherche du jeu de propriétés mécaniques pour lequel les déflexions calculées à l’aide de modèles numériques sont comparables aux déflexions mesurées in situ. Malgré son utilisation très répandue sur chaussées routières et aéroportuaires, il s’avère que les données de cet essai sont souvent interprétées dans un cadre d’hypothèses discutable car la méthode élastostatique couramment utilisée ne prend pas en compte les effets dynamiques et limite le comportement des matériaux bitumineux à l’élasticité linéaire. Ce travail, dans le cadre d’une coopération entre le Service Technique de l’Aviation Civile (STAC) et le Laboratoire de Tribologie et de Dynamique des Systèmes (LTDS) a pour objectif principal d’étudier les méthodes d’analyse de l’essai F/HWD en incluant les effets dynamiques et les propriétés viscoélastiques linéaires des matériaux bitumineux. Au cours des travaux entrepris, le fonctionnement de l’appareil F/HWD a été analysé grâce à des systèmes d’instrumentation externes. Puis deux méthodes de simulation de l’essai F/HWD ont été développées : la Méthode des Eléments Finis dans le domaine temporel et la Méthode des Eléments Spectraux dans le domaine fréquentiel. Ces deux outils permettent le calcul de la réponse d’une chaussée sous un chargement impulsionnel de type F/HWD selon plusieurs hypothèses d’équilibre (quasi-statique et dynamique) et de comportement des matériaux bitumineux (élastique linéaire et viscoélastique linéaire). Enfin, une méthode d’analyse inverse viscoélastique dynamique est proposée. Après avoir été vérifiée et évaluée, elle est appliquée à des essais HWD réalisés sur la planche expérimentale du STAC à différentes températures entre 0°C et 30°C. Les propriétés viscoélastiques linéaires déduites des essais HWD sont également comparées aux résultats d’essais de module complexe sur les matériaux de la même planche réalisés au laboratoire de l’ENTPE.