Comportement thermomécanique de l'interface entre couches de chaussée en enrobé bitumineux

Thermomechanical behaviour of interface between pavement layers in bituminous mixtures

• Auteur / Autrice : Thien Nhan Tran
• Direction : Cédric Sauzeat, Salvatore Mangiafico, Thomas Attia
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Genie civil
• Date : Soutenance le 04/04/2024
• 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 ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-)
• Jury : Président / Présidente : Ferhat Hammoum
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Andrea Graziani, Christiane Raab
• DOI : 10.70675/acd149c0zac19z4998za8a2z32aaeac00c8e

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux bitumineux

Propriétés thermomécaniques

Matériaux bitumineux -- Fatigue

Matériaux viscoélastiques

Mots clés libres

Interface

Émulsion bitumineuse

Technologie de corrélation d’images numériques (CIN) 3D

Viscoélastique linéaire

Visco-élasto-plastique

Fatigue

Collage

Enrobé bitumineux

Interface

Tack coat

Digital image correlation (DIC) technology

Linear viscoelastic

Visco-elasto-plastic

Fatigue

Coating

Bituminous mixture

Résumé

Les structures routières sont composées de couches en enrobés bitumineux collées entre elles au moyen d’une émulsion de bitume. Le collage assure une meilleure transmission de la charge du trafic au sein de la structure. Malgré l’importance de ce paramètre, il n’existe que très peu d’études sur le comportement thermomécanique de cette interface. L’objectif du travail a été d’étudier le comportement de cette interface sous l’effet de chargements répétés pour caractériser sa résistance en fatigue. L'appareil 2T3C a été utilisé avec des éprouvettes cylindriques creuses, composées de deux couches d’enrobés, collées entre elle, représentant une chaussée. Il permet d’appliquer des sollicitations en torsion et en traction/compression et utilise la corrélation d'images numériques (CIN) 3D pour l’analyse des champs de déformation dans l’éprouvette. Différentes configurations d'interfaces ont été étudiées. Des essais de module complexe en cisaillement, de non-linéarité et de fatigue en cisaillement ont été réalisés. Les résultats ont montré que les interfaces présentent un comportement viscoélastique linéaire ou une réponse Visco-élasto-plastique en fonction de l'amplitude de de la sollicitation à l'interface. Des modèles adaptés ont permis de reproduire l’évolution de la rigidité complexe d’interface en fonction de la fréquence et de la température. Les essais de fatigue ont également montré que le point faible des chaussées vis-à-vis du phénomène de fatigue en cisaillement se situe au niveau de l’interface et pas dans les couches bitumineuses. La modification du bitume avec le polymère styrène-butadiène-styrène (SBS) améliore également le comportement à la fatigue des interfaces.

Pavement structures are made up of layers of bituminous mixtures bonded together using a bitumen emulsion. The bonding ensures better transmission of traffic loads within the structure. Despite the importance of this parameter, there are very few studies on the thermomechanical behaviour of this interface. The aim of this study was to study the behaviour of this interface under repeated loading in order to characterise its fatigue resistance. The 2T3C apparatus was used with hollow cylindrical specimens, composed of two layers of asphalt, glued together, representing a pavement. It can be used to apply torsional and tensile/compressive stresses and uses 3D digital image correlation (DIC) to analyse the deformation fields in the specimen. Various interface configurations were studied. Complex shear modulus, non-linearity and shear fatigue tests were carried out. The results showed that the interfaces exhibit linear viscoelastic behaviour or a viscoelastoplastic response depending on the amplitude of the stress at the interface. Adapted models were used to reproduce the evolution of complex interface stiffness as a function of frequency and temperature. Fatigue tests have also shown that the weak point of pavements with regard to shear fatigue is at the interface and not in the bituminous layers. Modifying the bitumen with the styrene-butadiene-styrene (SBS) polymer also improves the fatigue behaviour of the interfaces.