Academic literature on the topic 'Chaussées – Comportement – Essais'

Cette thèse CIFRE a été réalisée dans le cadre d'un partenariat entre l'ENTPE Université de Lyon, AREA et EIFFAGE Travaux Publics. Les méthodes actuelles de détermination et de prévision de l'endommagement des structures de chaussées autoroutières sont peu fiables et nécessitent d'être améliorées. L'objectif de la thèse est de mettre en place une procédure d'analyse inverse donnant accès aux paramètres de comportement des matériaux de chacune des couches de chaussées à partir des mesures de déflexion. Une première étape vise à définir plus précisément les états de contraintes et de déformations existants dans les différentes couches de chaussées. Pour cela, une instrumentation de chaussée autoroutière située proche d'Aix les Bains a été réalisée. 47 capteurs de déformation et de température ont été implantés dans la structure à trois niveaux différents lors de travaux d'entretien effectués en août 2012. En parallèle, des matériaux de chaussée ont été prélevés sur autoroutes pour caractériser leur comportement en laboratoire. Des essais de module complexe ont permis de déterminer les propriétés thermo-visco-élastiques des matériaux. Ces résultats ont permis de modéliser la déformation de la chaussée et de la comparer avec les mesures. Des mesures de déflexion ont également été réalisées sur la chaussée instrumentée à l'aide d'un curviamètre. Les résultats ont pu être comparés à la modélisation. Les différences observées ont permis de proposer une analyse critique des mesures de déflexion
This thesis was conducted into a parnership between ENTPE university of Lyon, AREA and Eiffage Travaux Publics. Current methods of determination and prediction of damage to highway pavement structures are unreliable and need to be improved. The aim of the thesis is to establish an back analysis procedure from the deflection measurements fiving access to material behavior parameters of each pavement layers. A first step is to define more precisely the states of stress and deformation existing in the different layers of pavement. For this reason, a motorway pavement instrumentation was performed near Aix les Bains in France. 47 strain sensors and temperature were implanted into the structure in three layers during maintenance works in August 2012.In parallel, pavement materials were collected on motorways to characterize their behavior. Complex modulus tests were used to determine the thermo-viscoelalstic properties of materials. These results were used to modeling the deformation of the pavement and compared with measurements. Deflection measurements were also performed on the instrumented pavement with a curviameter device. The reseults were compared to modeling. The observed differences have helped to provide a critical analysis of deflection measurements

Cette étude traite du comportement mécanique des enrobés bitumineux. Une importante campagne expérimentale est présentée, elle comporte deux phases : la confection des échantillons et la réalisation des essais mécaniques. Deux sort es de variables d'essais sont donc distinguées : les variables de formulation et les variables de sollicitation. Une étude expérimentale, à l'aide d'un appareil triaxial de révolution régulé en température, est réalisée. L'influence de la teneur en liant, de la compacité, de la température, de la pression de confinement et de la vitesse déformation correspondent à des aspects spécifiquement étudiés, pour deux types de matériaux traités respectivement au bitume classique et au bitume-polymère (Styrelf 13). Le comportement mécanique des enrobés est analysé, à l'aide d'une étude statistique effectuée au Centre de Recherche ELF Solaize (CRES) d'une part et à partir de l'interprétation des essais réalisés au Laboratoire Géomatériaux de l' ENTPE d' autre part. Un critère de rupture est proposé pour les enrobés bitumineux. Des différences. Des propriétés mécaniques entre les enrobés au bitume et au Styrelf 13 sont mises en évidence
This research deals with the mechanical behaviour of bituminous mixture. A large experimental project comprising of two principal stages has been performed The first one concerns the preparation of the samples and the second deals with the accomplishment of the mechanical tests. Two types of variables in the tests can be distinguished: formulation variables and loading pattern variables. An experimental study based on temperature regulated triaxial revolution tests has been performed. The influence of the binder content, the compactness, the temperature, the confinement pressure and the axial strain rate were the principal aspects of the studied, for two types of materials treated respectively with classical bitumen and with polymer bitumen (Styrelf 13). The mechanical behaviour of the bituminous mixtures has been analysed, on one hand with a statistical study performed at the "Centre de Recherche ELF Solaize (CRES)", and on the other hand with the interpretation of the performed tests at the "Laboratoire Géomatériaux" of the "ENTPE". Finally, a failure criteria has been proposed for the materials "bituminous mixtures". Some differencies in the mechanical properties the mixtures treated with bitumen and with Styrelf 13 have been specified

Dans le contexte où les routes non revêtues sont susceptibles de subir des charges importantes, une méthode rigoureuse pour la conception de ces chaussées basée sur des principes mécanistes-empiriques et sur le comportement mécanique des sols support est souhaitable. La conception mécaniste combinée à des lois d’endommagement permet l’optimisation des structures de chaussées non revêtues ainsi que la réduction des coûts de construction et d’entretien. Le but de ce projet est donc la mise au point d’une méthode de conception mécaniste-empirique adaptée aux chaussées non revêtues. Il a été question tout d’abord de mettre au point un code de calcul pour la détermination des contraintes et des déformations dans la chaussée. Ensuite, des lois d’endommagement empiriques pour les chaussées non revêtues ont été développées. Enfin, les méthodes de calcul ont permis la création d’abaques de conception. Le développement du code de calcul a consisté en une modélisation de la chaussée par un système élastique multi-couches. La modélisation a été faite en utilisant la transformation d’Odemark et les équations de Boussinesq pour le calcul des déformations sous la charge. L’élaboration des fonctions de transfert empiriques adaptées aux chaussées non revêtues a également été effectuée. Le développement des fonctions de transfert s’est fait en deux étapes. Tout d’abord, l’établissement de valeurs seuil d’orniérage considérant des niveaux jugés raisonnables de conditions fonctionnelle et structurale de la chaussée. Ensuite, le développement de critères de déformation admissible en associant les déformations théoriques calculées à l’aide du code de calcul à l’endommagement observé sur plusieurs routes en service. Les essais ont eu lieu sur des chaussées typiques reconstituées en laboratoire et soumises à un chargement répété par simulateur de charge. Les chaussées ont été instrumentées pour mesurer la déformation au sommet du sol d’infrastructure et les taux d’endommagements ont été mesurés au cours des essais.
Unpaved roads generally undergo heavy loads. For this reason, a rigorous design method based on mechanistic-empirical principles and on subgrades mechanical behaviors for unpaved roads is needed. A mechanistic design approach, combined with empirical damage laws, will optimize unpaved road structures and reduce maintenance and construction costs. Therefore, the purpose of this project is to create a mechanistic-empirical method for the design of unpaved roads. First, a calculation model was developed in order to determine the level of stress and strain in the pavement structure This model consists of an elastic multilayer road, using Odemark’s transformation and Boussinesq’s equations. Then, empirical damage curves for unpaved roads were developed. Finally, this work produced design charts. A two-step approach was adopted for the development of the transfer functions. The first step established rutting threshold values according to suitable functional and structural road conditions. Then, an allowable strain criterion that combines the calculated theoretical strains with the observed strains on real roads was developed. Laboratory testing took place on typical roads samples. The tests were carried out using a vehicle load simulator. The instrumentation of the structures was designed to measure the resilient and permanent vertical deformation at the top of the subgrade. The rutting rate was also measured during the tests.

Ce travail vise a affiner le dimensionnement rationnel des structures de chaussees souples et inverses, par une etude et une prise en compte plus rigoureuses du role et du comportement mecanique des materiaux non traites, dont la connaissance reste encore trop approximative et empirique. La premiere partie presente plusieurs aspects du dimensionnement des chaussees souples ou inverses et en rappelle les hypotheses usuelles. Apres en avoir souligne les lacunes, des ameliorations sont proposees, en particulier sur les plans de la modelisation mecanique des materiaux, des methodes de calcul et des mesures de validation et de reconnaissance. Dans la partie suivante, le comportement des graves non traitees et des sols support soumis a des chargements repetes a grand nombre de cycles, est etudie a l'appareil triaxial, sous l'angle du role des caracteristiques physiques, de la modelisation des deformations macroscopiques reversibles et irreversibles et de la classification des materiaux. Le calcul en elements finis mis en uvre dans la troisieme partie integre l'elasticite non lineaire des materiaux non traites et les lois de fluage sous charge cyclique. De nombreux exemples sont etudies et les consequences pratiques sur le dimensionnement des structures de chaussees sont exposees. Les resultats d'experimentations sur des chaussees en place sont finalement presentes et des methodes plus rigoureuses de traitement et d'interpretation des mesures de deflexion et d'ovalisation sont proposees et developpees. La validation des modeles et une reconnaissance de parametres mecaniques en place sont egalement effectuees

L’une des raisons de la dégradation prématurée des routes en Amérique du Nord serait les propriétés mécaniques inadéquates des matériaux. Devant le peu d’informations sur le comportement anisotrope des matériaux granulaires dans la littérature, le service des matériaux d’infrastructure du ministère des Transports du Québec a accepté de soutenir le projet (GE-004-09) qui porte sur la détermination du module réversible des matériaux granulaires utilisés pour construire les fondations des routes. Les études montrent que le module réversible (MR) des sols de chaussée est un paramètre essentiel pour le dimensionnement et l’analyse des chaussées revêtues d’enrobé. Selon la méthode de conception (AASHTO, 2002), les différentes couches de la structure de la chaussée sont choisies et dimensionnées de façon à ce que la couche d’infrastructure reste dans la limite des tolérances des déformations élastiques. Afin de déterminer le MR, des essais triaxiaux et pressiométriques ont été effectués dans les installations du ministère des Transports du Québec. Les essais pressiométriques ont été réalisés dans un moule compacteur, conçu spécialement pour effectuer les essais verticaux et horizontaux. Les résultats obtenus des essais pressiométriques diffèrent de ceux des essais triaxiaux (13 kg de matériau granulaire). Des valeurs obtenues à partir de l’essai pressiométrique sur un matériau représentatif de chaussée (72 kg) démontrent qu’il y a une évidence d’anisotropie stucturale dans la fondation et la sous-fondation. Il ressort que le rapport d’anisotropie (Er/Ez ) est à peu près égal à 15 %, ce qui concorde avec celui de Tutumluer et al., (2003). Finalement, l’essai pressiométrique est très prometteur car il permet non seulement la détermination de l’anisotropie, mais il permet à l’ingénieur de développer une confiance dans les résultats à cause de la forme de la courbe pression-volume.
One reason for the premature deterioration of roads in North America is inadequate mechanical properties of materials. Given the limited information on the anisotropic behavior of granular materials in the literature, the « Service des matériaux d’infrastructure du ministère des Transports du Québec » agreed to support the project (GE-004-09) which relates to the determination of resilient modulus of granular materials used to build the foundations of roads. Studies show that the resilient modulus of pavement soils is a key parameter for the design and analysis of paved asphalt roads. According to the design method (AASHTO, 2002), the different layers of the pavement structure are dimensioned so that the infrastructure layer remains within tolerated limits of elastic deformations. In order to determine the resilient modulus, triaxial and pressuremeter tests were performed in the facilities of the « Ministère des transports du Québec ». Pressuremeter tests were carried out in a mold compactor, designed specifically for vertical and horizontal testing. The results of pressuremeter tests differ from those (13 kg of granular material) of the triaxial tests. Values obtained from the pressuremeter tests on representative road material (72 kg), demonstrate the existence of structural anisotropy in the foundation and subgrade sections. It appears that the anisotropic ratio (Er/Ez) is roughly equal to 15%, which is consistent with results obtained by Tutumluer et al., (2003). Finally the pressuremeter test is very promising because, not only does it allows for the determination of anisotropy, but also allows the engineer to develop confidence in the results due to the shape of the pressure-volume curve.

Ce travail consiste a étudier expérimentalement les déformations permanentes et les déformations réversibles de graves non traitées (GNT) vis-à-vis des changements hydriques associés aux conditions climatiques. Dans la pratique, afin de dimensionner les structures de chaussées, différents guides de dimensionnement proposent une méthode rationnelle utilisant, pour les propriétés des matériaux, le module d'Young et le coefficient de Poisson. Ces paramètres sont généralement déterminés en termes de contraintes totales. Ainsi, l'objectif est de pouvoir trouver des pressions négatives et aussi de les prendre en compte dans l'analyse en termes de contraintes effectives. Quatre types de GNT ont été utilisés: un de référence Français et les autres Colombiens. L'utilisation de ces derniers, qui ne satisfont pas les recommandations internationales, est justifiée par la comparaison des résultats obtenus avec ceux de référence. Différents essais on été réalisés entre autres: essais triaxiaaux de précision en petites et grandes déformations avec mesure de succion, détermination des courbes d'humidification. Ces essais ont mis en évidence l'influence du pourcentage de fines, de l'indice de plasticité, de la valeur de bleu de méthylène, de la teneur en eau et du rôle de la succion sur la valeur des modules en petites déformations et les caractéristiques en grandes déformations. Les résultats ont été interprétés en contraintes totales et effectives en utilisant différentes approches pour le calcul des contraintes effectives, validées par des essais sur des matériaux secs. Ce travail montre l'importance de ces aspects dans la construction et le dimensionnement des chaussées
The aim of this work is to study experimentally the permanent and reversible deformations of the unbound granular materials (UGM) due to hydric changes associated with the climate conditions. In practice, in order to design pavements, different design codes propose a rational method, using Young's modulus and Poisson's ratio as material properties. These parameters are, in general, determined by means of total stresses. Thus, the objective is to be able to measure negative pressures, as well as to incorporate them in the analysis in terms of effective stresses. Four types of UGM were used: one French reference case and three Colombian. The use of the latter, not satisfying the international standards, is justified by comparison of the obtained results with the reference case. Different tests were conducted: small strain precision triaxial test and large deformation triaxial test with negative pore pressure measures, determination of wetting paths, among others. These tests reveal the influence of the fines percentage, the plasticity index, the methylene blue value, the water content and the role of the negative pore pressure on the value of the moduli, in small strains and on the soil properties in large strain. The results were interpreted in terms of total and effective stresses, using different approaches for the calculation of the effective stresses, validated by tests on dry materials. This work shows the importance of the above mentioned aspects in the design and construction of pavements

L'évolution de la neige déposée sur une chaussée est conditionnée par les échanges neige/atmosphère et par les échanges neige/chaussée. Ces derniers dépendent de la nature des contacts entre ces deux matériaux. La structure des contacts est liée à la qualité de la neige et a l'état de surface de la chaussée. Les différentes configurations neige/chaussée ont été documentées grâce à deux campagnes hivernales de mesures sur un site expérimental dédie à cette étude. On s'intéresse à caractériser à l'échelle de la microstructure l'interface neige/chaussée pour différentes configurations à partir d'échantillons correspondant à un dépôt naturel de neige sur une chaussée non circulée et non traitée. Une méthode de prélèvement d'échantillon neige/chaussée a été mise au point. La structure 2D de l'interface est appréhendée grâce à une nouvelle méthode permettant l'observation d'un plan de coupe vertical. À partir des images produites, des calculs de conduction thermique en régime permanent fournissent un champ de température, représentatif de la structure neige/chaussée, qui permet de déterminer les propriétés thermiques de l'interface pour différentes configurations. Une paramétrisation de la conductivité thermique de l'interface est proposée. Elle sera introduite dans le modèle Gelcro, qui simule l'évolution de la neige sur une chaussée. Comme dans toute analyse bidimensionnelle d'un milieu, se pose le problème de la conservation des propriétés liées a la connectivité lors du passage 2D/3D. Une comparaison 2D/3D est présentée. L'image 3D a été obtenue par tomographie X. L'influence de la chaussée sur le développement d'une frange capillaire a la base de la couche de neige a été abordée. L'eau liquide modifie fortement les échanges thermiques. Le protocole expérimental est inspiré de travaux antérieurs sur l'ascension capillaire de l'eau dans la neige sans prise en compte de la nature du substrat ; l'intercomparaison des résultats met en évidence l'influence de la chaussée.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'une collaboration entre le laboratoire Mécanique et Modélisation des Matériaux et Structures du Génie Civil (3MsGC) de l'Université de Limoges, et Eurovia, une société du groupe VINCI. Les travaux réalisés dans cette thèse visent à une meilleure connaissance du comportement mécanique des couches d'accrochages mises en oeuvre à l'interface de deux couches d'enrobés bitumineux. Afin de caractériser ce comportement, un large travail expérimental a été réalisé. Les résultats de cette campagne d'essais ont permis d'alimenter le modèle éléments finis développé dans le but de prédire la durabilité du collage à l'interface des couches de chaussée. Ce modèle permet également d'étudier l'effet de la modélisation ou non du comportement de l'interface sur le dimensionnement de la chaussée. Afin de mener à bien la campagne expérimentale de ce travail, un prototype de dispositif d'essai a été conçu et réalisé. Au moyen d'une presse servohydraulique mono-axe, le dispositif permet d'appliquer une sollicitation de double cisaillement aux interfaces d'une éprouvette symétrique constituée de trois couches d'enrobés bitumineux. Ainsi, des essais monotones, oligocycliques et de fatigue ont été réalisés à 10 et à 20°C sur une interface BBTM/BBSG, comportant ou non une couche d'accrochage à base de bitume pur. Les essais oligocycliques et de fatigue, réalisés en mode de contrôle de force, ont permis d'obtenir des résultats très satisfaisants, et très peu dispersés. Trois critères de rupture d'interface ont été analysés. Les résultats obtenus montrent que l'absence de couche d'accrochage réduit considérablement la performance à la fatigue du collage à l'interface. Les résultats d'essais ont également permis de proposer une méthode qui permet de prédire la loi de fatigue du collage à partir des résultats d'essais monotones de cisaillement. Cette campagne d'essais de cisaillement est complétée par une série d'essais monotones de torsion. Outre la caractérisation du comportement mécanique des couches d'accrochage, les résultats ont permis de déterminer les conditions expérimentales dans lesquelles les essais en laboratoire de cisaillement et de torsion sont corrélables. L'essai monotone de torsion présente l'avantage d'être réalisable sur chantier. Une dernière partie de ce travail est consacrée à l'analyse de l'influence, d'une part, du comportement mécanique du collage à l'interface lors du dimensionnement de la structure de chaussée, et d'autre part, des sollicitations tangentielles répétées sur la tenue à la fatigue du collage à l'interface. Deux modèles éléments finis (2D et 3D) sont développés pour étudier la réponse mécanique de la structure sollicitée par l'essieu standard français. Les résultats obtenus montrent que sur certaines sections de chaussée, la prise en compte des sollicitations tangentielles conduit à considérer la fatigue des interfaces comme prédominante lors du dimensionnement.

Dans un contexte politique où les enjeux énergétiques et environnementaux sont de plus en plus importants, il faut favoriser les techniques économes en énergie et plus respectueuse de l'environnement. Parmi ces pratiques, l'utilisation d’enrobés à l’émulsion de bitume s'est révélée être prometteuse. La fabrication et la conception d’une chaussée comprenant une couche d’enrobé à l’émulsion sont très empiriques et reposent sur des compétences locales qui tendent à en limiter le développement. La première étape pour concevoir une chaussée consiste à connaître le comportement mécanique réversible engendrées par de lourd trafic de chaque matériau qui la compose. Lors d'une deuxième étape, ces valeurs doivent être comparées aux critères de durabilité mécanique des matériaux. Dans le cas de l'enrobé à l’émulsion, aucune loi de comportement mécanique n'a été établie pour tenir compte à la fois de son états frais et durcis. Ce travail de thèse vise donc à pallier à ce manque et à améliorer les connaissances acquises sur ce matériau. Pour cela, un modèle évolutif pour l’enrobé à l’émulsion intégrant l'évolution du matériau de son état frais à l'état durci a été développé. De plus, un nouvel essai de caractérisation a été développé et mis en place pour permettre de suivre l’évolution des performances mécaniques réversibles du matériau. Les résultats obtenus à partir des différentes campagnes d’essais ont permis de caler le modèle et de montrer la pertinence du modèle
Given a political context in which energy and environmental stakes have become increasingly dominant, road engineering practices have favoured saving energy and protecting the environment. Among these practices, the use of cold mixes treated with bitumen emulsion has proven to be a suitable technique. Cold mix design however, as well as the design of pavements including cold mix asphalt layers, is highly empirical and based on local skills. From prior experience, the transposition of established local rules from one site to another and their application to medium or heavy traffic pavements are not simple steps and tend to limit the development of this environmentally-friendly pavement technique. The first step in designing a pavement consists of knowing the stress-strain relationship of its constitutive materials in order to determine the stresses and strains generated by heavy lorry traffic. During a second step, these values must be compared with the mechanical durability of materials by reliance on damage tests comprising large numbers of load cycles. In the case of CMA, no mechanical behaviour law has been established to take into account both the fresh and cured states. This work aims to improve the knowledge acquired on this material. For this, an evolutiv model for the cold mix asphalt with bitumen emulsion incorporating the evolution of the material from its fresh state to its cured state has been developed. In addition, a new characterization test was developed and put in place to monitor the evolution of the reversible mechanical performance of the material. The results obtained from the test campaigns helped to calibrate the model and show the relevance of the model

Dans les règles actuellement appliquées en France, deux méthodes coexistent pour le calcul de la capacité portante des fondations superficielles. La première est basée sur l'application de la théorie de la plasticité parfaite. La seconde, empirique, repose sur l'utilisation des résultats d'essais pressiométriques. Pour les deux méthodes, les configurations complexes (inclinaison et/ou excentrement de la charge, présence d'une pente) sont traitées par l'intermédiaire de coefficients réducteurs appliqués aux formules de référence donnant la capacité portante d'une fondation établie sur un massif horizontal et soumise à une charge verticale centrée. La présente étude a pour objet l'analyse de la méthode pressiométrique dans le cas d'une fondation superficielle filante établie à proximité d'une pente. Elle est réalisée à partir d'une approche numérique, en utilisant un code de calcul aux éléments finis. Le comportement du massif de sol est modélisé par deux lois de comportement élasto-plastiques avec écrouissage : le modèle CJS pour les sols granulaires et le modèle Cam-Clay modifié pour les sols fins. L'étude se décompose en trois parties : dans la première, l'état de contrainte initial au sein d'un massif en pente est analysé, en prenant en compte différentes histoires de sollicitations. Elle met en évidence l'importance de cette histoire sur l'état final obtenu. La deuxième partie concerne la simulation d'un essai pressiométrique réalisé dans une pente. Les résultats sont analysés en étudiant l'influence de la position de réalisation de l'essai et de l'état initial considéré. La troisième partie concerne la modélisation de l'essai d'enfoncement d'une fondation superficielle située à proximité d'une pente. Après l'étude de l'influence de l'état de contrainte initial sur la réponse du modèle, les essais réalisés lors d'une campagne d'essai en centrifugeuse sont simulés, en utilisant la loi de comportement CJS. Les résultats obtenus sont interprétés en terme de coefficients réducteurs et comparés aux règles en vigueur. Enfin, un rapprochement et une synthèse de tous les résultats obtenus sont proposés
According to French regulations, the bearing capacity of shallow foundations may be calculated by the mean ogf two different approaches. The first one is based on the theory of perfect plasticity. The second one is empirical, and derived from a direct interpretation of in-situ experimentation (pressuremeter or penetrometer test). Both methods give a basic formula dealing with the reference case : a non-embedded foundation resting on a horizontal ground surface and submitted to a vertical and centred load. Complex cases are solved applying reducing factors to the reference bearing capacity. The aim of this study is to analyse the pressuremeter approach, and more particularly, the influence of a slope on the bearing capacity of a shallow strip foundation. This problem is studied through a numerical approach using the finite element method. The soil behaviour is modelled using two elasto-plastic constitutive laws with hardening : CJS model for granular soils, and modified Cam-Clay model for clays. This study is made of three parts : first, the state of stress in a slope is analysed taking into account the stress history. It is shown that this history has a great influence on the final state of stress within the soil. In a second part, a pressuremeter test hold in a slope is modelled. Results analysed in terms of various parameters influence : test location within the slope, initial stress state, type of soil considered. The third part consists of loading simulaltions of a shallow foundation set up near a slope edge. Following the analysis of the initial stress influence, centrifugal tests are simulated using CJS constitutive law. Bearing capacity factors obtained through this approach are compared with those derived from official regulations. Finally, a global synthesis gathering all results is proposed