Modélisation hétérogène de la fatigue des enrobés bitumeux

Durability and Efficiency of Urban Pavemnet surface layers

• Auteur / Autrice : Christina El Sawda
• Direction : Christophe Petit, Joseph Absi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 11/07/2022
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique (Poitiers ; 2018-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Génie Civil, Diagnostic et Durabilité
• Jury : Président / Présidente : Evelyne Toussaint
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fateh Fakhari Tehrani
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ferhat Hammoum, Christian La Borderie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Revêtements bitumineux

Matériaux bitumineux

Matériaux bitumineux

Mots clés libres

Matériaux bitumineux

Revêtements bitumineux

Bituminous materials

Bituminous coatings

Résumé

Les propriétés mécaniques d'un enrobé bitumineux dépendent souvent des caractéristiques de son mastic. Ce dernier comprend le bitume et de petites particules appelées fines. Une analyse des différentes échelles bitumineuses (mastic ou mortier) permet de prédire le comportement de l'enrobé. Cette thèse se concentre sur le calcul numérique et l'évaluation des propriétés mécaniques des matériaux bitumineux, à savoir le module complexe et la fatigue. L'objectif de cette étude est de valider une méthode numérique capable d'évaluer l'endommagement par fatigue via une approche multi-échelle hétérogène. La modélisation a été réalisée en utilisant la méthode des éléments finis (EF). Les modèles sont constitués d'un squelette granulaire élastique et d'une matrice viscoélastique. Le squelette granulaire a été généré dans le logiciel MOA (acronyme français pour random object modeler) en respectant une courbe granulométrique propre aux matériaux étudiés. Sous ABAQUS, un logiciel d'éléments finis, l'équation de fatigue a été appliquée aux modèles. Ensuite, l'endommagement par fatigue a été calculé et présenté sous forme de cartographies visuelles. En appliquant l'approche multi-échelle hétérogène, il a été possible de développer une nouvelle méthode numérique pour définir l'endommagement des mélanges bitumineux. Cette approche s'est avérée assez précise. Elle est basée sur l'analyse de l'accumulation du pourcentage de dommages dans le modèle. Les résultats ont montré que les valeurs obtenues numériquement sont similaires aux données expérimentales. Une erreur de moins de dix pour cent a été calculée en ce qui concerne l'endommagement par fatigue à l'échelle du mastic. Cependant, à l'échelle de l'asphalte, cette différence est plus importante en raison de nombreux phénomènes tels que l’enchevêtrement granulaire et la dissipation visqueuse.

Asphalt mixture’s mechanical properties often depend on the characteristics of its mastic. The latter includes the bitumen and small particles known as fillers. An analysis of bituminous scales (mastic or mortar) can predict the behavior of its corresponding asphalt mix. This thesis focuses on numerically computing and assessing the mechanical properties of bituminous materials i.e. complex modulus and fatigue. The purpose of this study is to validate a numerical method able to assess fatigue damage via a heterogeneous multiscale approach. The modeling was realized using the finite element method (FE). The models consisted of an elastic granular skeleton and a viscoelastic matrix. The granular skeleton was generated in MOA software (French acronym for random object modeler) with respect to a grading curve proper to the studied materials. Under ABAQUS, a finite element software, the fatigue equation was applied to the models. Then, the fatigue damage was computed and presented through visual graphics. Applying the heterogeneous multiscale approach, it was possible to develop a new numerical method to define the damage failure in bituminous mixes. This technique was fairly accurate. It is based on the analysis of damage percentage accumulation in the model. The results showed that the values obtained numerically are similar to the experimental data. An error of less than ten percent was computed throughout the analysis of fatigue damage at the mastic scale. However, at the asphalt scale, this difference is greater due to numerous phenomena such as granular interlocking, viscous dissipation of energy, etc.