Comportement d’un enrobé bitumineux sollicité par des rails posés sur des appuis continus

Behaviour of an asphalt concrete loaded by rails on a continuous support

• Auteur / Autrice : Octavio Lopez polanco
• Direction : Pierre Hornych, Thomas Gabet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 04/09/2019
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut français des sciences et technologies des transports, de l’aménagement et des réseaux (France ; 2011-2019)
• Jury : Président / Présidente : Evelyne Toussaint
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Hornych, Thomas Gabet, Evelyne Toussaint, Cyrille Chazallon, Denis Duhamel, Grégory Legrain, Hussein Mroueh, Nicolas Calon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cyrille Chazallon, Denis Duhamel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Matériaux bitumineux -- Fatigue

Matériaux bitumineux

Ballast (chemins de fer)

Voies ferrées

Mots clés libres

Enrobés bitumineux

Viscoplasticité

Voies ferrées sans ballast

Modélisation

Simulation numérique

Asphalt concrete

Viscoplasticity

Ballastless railway tracks

Modeling

Numerical simulation

Résumé

SNCF Réseau a lancé en 2015 un projet FUI (Fonds Unique Interministériel) nommé REVES (Réduction de l’Epaisseur des Voies en Exploitation Souterraine). L'objectif du projet est de développer des solutions techniques permettant d'augmenter le gabarit disponible dans les tunnels. L'idée proposée est de construire des voies sans ballast ni traverses, avec des rails posés en appui continu sur une couche d'enrobé bitumineux. Les principaux modes de dégradation des enrobés bitumineux sont la fissuration par fatigue, due à des passages rapides répétés, et l'accumulation de déformations permanentes due notamment aux chargements lourds et statiques. Cette thèse a pour objectif d'étudier le comportement en fluage des enrobés bitumineux, principalement sous chargement statique. Un modèle de comportement viscoplastique a été développé pour simuler le comportement en fluage des enrobés. Une méthode d’identification manuelle des paramètres du modèle a été mise au point. Dans le cadre du projet REVES, une grave-bitume de classe 4 a été retenue comme enrobé support. Une série d’essais triaxiaux de fluage a été réalisée sur ce matériau, grâce à laquelle les paramètres du modèle viscoplastique ont été identifiés. La loi de comportement viscoplastique a été implémentée dans Cast3m, un logiciel de calcul aux éléments finis, et des simulations du comportement en fluage d’une structure de voie ferrée correspondant aux spécifications du projet REVES ont été réalisées. Les simulations numériques montrent un comportement stable de l’enrobé dans le temps, et les niveaux de tassement permanent de la structure sont acceptables vis-à-vis des référentiels SNCF. L’utilisation d’enrobés bitumineux comme couche de structure des voies ferrées semble donc être une option viable.

In 2015, SNCF Réseau launched a project named REVES (Réduction de l’Epaisseur des Voies en Exploitation Souterraine). The aim of this project is to develop technical solutions to increase the available space in tunnels. The idea is to build tracks with neither ballast nor sleepers, with the rails being continuously supported by an asphalt concrete layer. The main degradation modes for asphalt concretes are fatigue cracking, which appears due to repeated quick loads, and the accumulation of irreversible deformations, due mainly to heavy static loads. This PhD thesis’ aim is to study the creep behaviour of asphalt concretes under static loads. A viscoplastic constitutive model was developed to simulate the creep behaviour of asphalt concretes. A manual identification method for the model parameters was determined. A series of triaxial creep tests was performed on the asphalt concrete used in project REVES. Model parameters for that material were identified. The constitutive model was implemented into Cast3m, a FEM software. The creep behaviour of a railway structure such as those developed within the project was numerically simulated. Simulations show that the asphalt concrete is stable over time. The irreversible displacements are small enough as to be acceptable for SNCF standards. The use of asphalt concretes as a structure material within railways seems a viable option.