Modèle pour la prévision de la résistance nominale des matériaux quasi-fragiles : application à la modélisation de l'endommagement et de la rupture des enrobés bitumineux sous sollicitations de fatigue par la méthode des éléments discrets

par Xiaofeng Gao

Thèse de doctorat en Génie civil

Sous la direction de Cyrille Chazallon et de Yannick Descantes.

Le président du jury était Ali Daouadji.

Le jury était composé de Georg Koval Junior.

Les rapporteurs étaient Frédéric Ragueneau, Jean-Noël Roux.


  • Résumé

    L’estimation de la durée de vie et de la rupture de structures composées par des matériaux quasi-fragiles nécessite le développement de nouveaux modèles théoriques et numériques. Dans ce travail, la modélisation de l’apparition des fissures et leur propagation en chargement monotone est d'abord étudiée. Un modèle d'effet de taille pour les structures fissurées et sa forme généralisée pour les structures présentant des défauts plus complexes qu’une fissure sont développés. Les prédictions du modèle de rupture sont comparées à des résultats expérimentaux de la littérature pour divers spécimens composés de différents matériaux et de différentes tailles. Des échantillons présentant des défauts initiaux en forme de V et en forme de trou illustrent les capacités de la formulation. Ensuite, l’endommagement et la fissuration induite par des chargements cycliques en fatigue sont discutés. Un modèle local en éléments discrets est développé, qui permet de coupler les deux mécanismes (endommagement et fissuration). Les prédictions numériques sont comparées aux résultats théoriques et expérimentaux. À la fin, les applications associées au comportement du béton bitumineux renforcé par des grilles en fibres de verres sont analysées en détail.

  • Titre traduit

    Modelling of nominal strength prediction for quasi-brittle materials : application to discrete element modelling of damage and fracture of asphalt concrete under fatigue loading


  • Résumé

    The prediction of the fatigue life and the rupture of structures made of quasi-brittle materials requires the development of new theoretical and numerical models. In this work, the modelling of the crack initiation and propagation under monotonic loading is firstly investigated. A size effect model for cracked structures and its generalized form for structures with defects more complex than a crack are developed. The predictions of the proposed model are compared with experimental results from the literature for various specimens of different materials and sizes. Samples with initial V-shaped and hole-shaped defects exemplify the formulation's capabilities. Then, the damage and cracking induced by cyclic fatigue loads is discussed. A local model using discrete elements is developed, that allows the coupling of two mechanisms (damage and fatigue cracking). The numerical results are compared to those of experimental bending fatigue tests. Finally, applications associated with the behavior of fiber glass reinforced asphalt concrete are analyzed in detail.


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