Etude de la rhéologie des mastics bitumeux à l'aide d'un rhéomètre à cisaillement annulaire

par Brice Delaporte

Thèse de doctorat en Génie civil

Sous la direction de Hervé Di Benedetto.

Soutenue en 2007

à Villeurbanne, INSA .


  • Résumé

    Le comportement thermomécanique des bitumes, mastics (phase intermédiaire composée de bitume et de fines ou filler) et enrobés bitumineux, dans le domaine des petites déformations essentiellement, a été étudié dans le cadre d’une collaboration entre l’ENTPE et la société TOTAL. Les propriétés des mastics sont mesurées grâce à un nouvel outil d’investigation expérimental, le rhéome��tre à cisaillement annulaire de grande dimension. Dans le domaine de comportement viscoélastique linéaire (à « faibles niveaux » de déformations), l’évolution du module complexe des matériaux bitumineux est analysée sur une large gamme de températures et de fréquences. Plusieurs liants et plusieurs fillers dont un composé d’ultrafines uniquement ont été sélectionnés de manière à constituer différentes formulations de mastics ayant des concentrations en fines variées. L’influence des paramètres suivants sur le comportement des mastics est analysée : i) caractéristiques des fines (concentration, courbe granulométrique, nature), ii) nature du liant et iii) vieillissement du liant. Il est en particulier mis en évidence que l’utilisation des ultrafines dans le bitume augmente fortement la rigidité des mastics à « haute » température, par rapport à ceux à base de filler « classique ». Le renforcement du bitume par les fines est quantifié par le coefficient complexe de renforcement introduit dans cette thèse. Une étude expérimentale sur le comportement en fatigue des mastics bitumineux complète ce travail. Les ultrafines ont également été utilisées dans des enrobés bitumineux en substituant une partie ou la totalité des fines « classiques ». Quelques essais de détermination du module complexe de ces enrobés montrent que les ultrafines apportent une rigidification importante à « haute » température. Enfin, les modèles analogiques 2S2P1D (2 Springs, 2 Parabolic elements, 1 Dashpot) et DBN (Di Benedetto, Neifar), développés à l’ENTPE, sont utilisés pour simuler le comportement viscoélastique linéaire des liants et mélanges bitumineux testés lors de la campagne expérimentale. Une extension de ces modèles au cas tridimensionnel est également proposée dans le domaine des « petites déformations ».

  • Titre traduit

    Study of the behaviour of mastics with an annular shear rheometer


  • Résumé

    Behaviours of bitumens, mastics (intermediate phase composed of bitumen and filler) and bituminous mixtures, in the small strain domain were studied within the framework of a partnership between the ENTPE and the company TOTAL. The properties of mastics were measured with a new experimental apparatus, the annular shear rheometer. At low strain levels, where the behaviour is linear viscoelastic, complex modulus of bituminous materials has been measured on a large range of temperatures and frequencies. Different binders have been associated with different fillers among which a new type of filler only composed of ultrafine particles. The effect of tiller and binder characteristics on the behaviour of mastics has been analyzed. At high temperature, a significant increase of the stiffness of mastics with ultrafine particles has been highlighted, in comparison to mastics composed of "classical" fillers. Effect of ultrafine particles has also been determined in bituminous mixtures by performing complex modulus tests. The results show again that the materials containing ultrafine particles are stiffer than classical materials at high temperature. An experimental campaign on the fatigue behaviour of mastics completes the study. Finally, 2S2P1D (2 Springs, 2 Parabolic elements, 1 Dashpot) and DBN (Di Benedetto, Neifar) models, developped at the ENTPE laboratory, are used to simulate the linear viscoelastic behaviour of binders, mastics and mixtures. A three-dimensional extension of these models in the linear domain is also proposed.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (250 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 243-250

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(3193)
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