Fatigue et restauration des mélanges bitumineux pendant les charges cycliques et le repos
Auteur / Autrice : | Frank Ndanusa Williams |
Direction : | Cédric Sauzeat, Salvatore Mangiafico |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Genie civil |
Date : | Soutenance le 21/12/2023 |
Etablissement(s) : | Vaulx-en-Velin, École nationale des travaux publics de l’État |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-) |
Jury : | Président / Présidente : Irini Djeran-Maigre |
Examinateurs / Examinatrices : Juliette Blanc, Lucas Babadopulos | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Alan Carter, Gabriele Tebaldi |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Résumé
Cette recherche doctorale s'inscrit dans le cadre des travaux du Comité technique (TC) 278-CHA de RILEM (The International Union of Laboratories and Experts in Construction Materials, Systems and Structures) : Réparation des fissures dans les matériaux de chaussées bitumineuses. Les objectifs de cette étude comprennent tout d'abord l'analyse des données d'essai DSR pour évaluer les dommages et la récupération des liants bitumineux avec des données obtenues par le Politecnico di Torino, Italie et l'Université de Waterloo, Canada. Deuxièmement, le développement de la procédure d'essai en laboratoire de l'ENTPE (Ecole Nationale des Travaux Publics de l'Etat) pour analyser et évaluer l'endommagement et la récupération des mélanges bitumineux. L'Université Gustave Eiffel (France) a fourni le bitume et les mélanges bitumineux nécessaires. L'étude s'est concentrée sur la réalisation d'essais répétitifs de charge et de repos sur les liants et les mélanges afin de caractériser l'endommagement et la récupération des propriétés des matériaux. Pour mener à bien cette tâche, différents protocoles d'essai et méthodes d'analyse ont été appliqués aux liants et aux mélanges, l'objectif principal étant de différencier les phénomènes de restauration et les phénomènes réversibles. Toutes les mesures rhéologiques effectuées par les deux laboratoires (Politecnico di Torino, Italie et Université de Waterloo, Canada) ont été réalisées au moyen d'un DSR d'Anton Paar Inc. (Physica MCR 301 et MCR 102 respectivement), en utilisant une géométrie de plaques parallèles de 8 mm avec un espace de 2 mm. Les essais réalisés dans le cadre de cette campagne expérimentale ont été effectués en mode de contrôle de la déformation. L'essai a consisté à utiliser le test de balayage d'amplitude linéaire (LAS) sous différentes durées de chargement et de repos afin de déterminer efficacement le comportement de récupération du liant. Par conséquent, différents protocoles de récupération basés sur le test LAS ont été mis en œuvre pour évaluer le comportement de récupération des liants. D'après les résultats obtenus sur le liant, les différents phénomènes survenant pendant la charge et le repos étaient soit réversibles, soit non réversibles. Par conséquent, le protocole d'essai ne permet pas d'identifier et d'estimer les différents phénomènes.Un protocole d'essai mis au point à l'ENTPE a été amélioré et appliqué aux mélanges bitumineux. La procédure d'essai se compose de deux parties en mode de tension/compression contrôlée sur des échantillons cylindriques. Dans la première partie, des essais courts de module complexe (200 cycles à 10 Hz) à des températures allant de 8°C à 14°C et à des amplitudes de déformation allant de 50 à 110µm/m sont utilisés pour examiner la dépendance des caractéristiques mécaniques à l'égard de l'amplitude de déformation et de la température. L'objectif de l'essai CMT est essentiellement de caractériser le comportement viscoélastique linéaire (LVE) des mélanges bitumineux étudiés à l'état intact. Dans la deuxième partie, cinq essais de fatigue partielle (à 10°C) sont effectués (chacun consistant en 100.000 cycles à une amplitude de déformation de 100µm/m et à une fréquence de 10 Hz). Chaque période de fatigue est suivie d'une période de repos de 48 heures qui consiste en de courts essais de module complexe (100 cycles à 10 Hz) effectués à des intervalles prédéterminés afin de suivre la récupération des paramètres mécaniques. Les deux parties des essais ont été réalisées sur les mélanges testés. A partir des résultats des mélanges, la restauration et les variations non récupérées des propriétés LVE pendant le repos après une charge de fatigue ont été isolées avec succès, avec plus de 80% de la variation observée des propriétés mécaniques 3D (E* et ѵ*) pendant la charge cyclique est récupérée après 48 heures de repos.