Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 REVUE DE LA LITTÉRATURE
1.1 Les enrobés bitumineux et ses constituants
1.1.1 Définition
1.1.2 Types d’enrobés bitumineux
1.1.3 Propriétés essentielles de l’enrobé bitumineux
1.1.4 Principales caractéristiques des enrobés bitumineux
1.1.5 Le bitume
1.1.5.1 Généralités
1.1.5.2 Principales caractéristiques d’un bitume
1.1.5.3 Caractérisation et classification des bitumes
1.1.6 Les granulats
1.1.6.1 Généralités
1.1.6.2 Caractéristiques
1.1.6.3 Caractérisation
1.1.7 Les vides dans l’enrobé bitumineux
1.1.7.1 Généralités
1.1.7.2 Caractéristiques
1.1.8 Caractérisation des enrobés bitumineux selon les essais mécaniques
1.2 Sollicitations externes et dégradations des enrobés bitumineux
1.2.1 Introduction
1.2.2 Sollicitations mécaniques
1.2.3 Sollicitations climatiques
1.2.3.1 Introduction
1.2.3.2 Conditions climatiques qui prévalent au Québec
1.2.4 Sollicitations hydriques
1.2.4.1 Introduction
1.2.4.2 Dégradations observées
1.2.4.3 Mécanismes de dégradation observés
1.2.4.4 Causes de dégradation liées aux sollicitations hydriques et autres
1.2.4.5 Causes de dégradation liées à l’enrobé, conception et travaux
1.2.4.6 Perte de cohésion des constituants de l’enrobé
1.2.4.7 Perte d’adhésivité entre les constituants de l’enrobé
1.2.4.8 Perte d’intégrité et de rigidité de l’enrobé bitumineux
1.2.5 Sollicitations chimiques
1.2.5.1 Produits de déglaçage
1.2.5.2 Chlorure de calcium, CaCl2
1.2.5.3 Chlorure de sodium, NaCl
1.3 Comportements mécaniques et thermomécaniques des enrobés bitumineux
1.4 Comportement viscoélastique linéaire des enrobés bitumineux
1.4.1 Mesures des propriétés viscoélastiques linéaires
1.4.1.1 Types d’essais
1.4.1.2 Types de chargements
1.4.2 Mesure sous chargement cyclique sinusoïdal, le module complexe
1.4.2.1 Définition
1.4.2.2 Types d’essais
1.4.2.3 Représentation graphique des résultats
1.4.3 Principe d’équivalence temps-température
1.4.4 Modélisation du comportement viscoélastique linéaire
1.4.5 Effet des paramètres de sollicitation sur la valeur du module complexe
1.4.5.1 Température et fréquence
1.4.5.2 Niveau et nombre de sollicitations
1.4.6 Effet de la composition sur la valeur du module complexe
1.4.6.1 Introduction
1.4.6.2 Granulats et fines minérales
1.4.6.3 Liant et additifs
1.4.6.4 Teneur en vides
1.5 Comportement en fatigue des enrobés soumis à des sollicitations mécaniques
1.5.1 Phénomène de fatigue
1.5.2 Essais de laboratoire
1.5.2.1 Types d’essais
1.5.2.2 Types et modes de sollicitation
1.5.2.3 Conditions d’essai
1.5.2.4 Mécanismes d’endommagement en cours de chargement
1.5.2.5 Mesure de la norme du module complexe en cours de chargement
1.5.2.6 Détermination du module initial
1.5.3 Durée de vie du matériau
1.5.3.1 Détermination selon le critère de rupture retenu
1.5.3.2 Critères de rupture éventuels
1.5.3.3 Loi de fatigue
1.5.3.4 Dispersion
1.5.3.5 Incidences du mode de sollicitation
1.5.3.6 Incidences de la température et de la fréquence
1.5.3.7 Influence de la composition du matériau bitumineux
1.5.3.8 Influence du conditionnement
1.6 Couplages thermomécaniques
1.6.1 Introduction
1.6.2 Coefficient de dilatation-contraction thermique des enrobés
CHAPITRE 2 PROGRAMME EXPÉRIMENTAL
2.1 Présentation générale
2.2 Méthodologie de l’expérimentation
2.2.1 Volet #1
2.2.1.1 Volet #1A, les essais thermiques (ET)
2.2.1.2 Volet #1B, les essais de module complexe (EE*)
2.2.2 Volet #2, les essais de fatigue (EF)
2.2.3 Nomenclature utilisée
2.3 Enrobé bitumineux testé
2.4 Préparation des éprouvettes
2.4.1 Introduction
2.4.2 Fabrication et échantillonnage de l’enrobé bitumineux
2.4.3 Élaboration et compactage des plaques d’enrobé
2.4.4 Détermination de la teneur en vides des plaques compactées
2.4.5 Sciage et carottage des plaques
2.4.6 Entreposage des carottes
2.4.7 Délai entre le carottage et la réalisation d’un essai
2.4.8 Mesurage et pesage des carottes avant la réalisation de l’essai
2.4.9 Détermination de la teneur en vides des carottes
2.4.9.1 Méthode hydrostatique, détermination de la densité brute
2.4.9.2 Méthode volumétrique, détermination de la masse volumique
2.4.9.3 Teneur en vides des carottes
2.4.9.4 Exigences pour la teneur en vides des carottes
2.4.10 Collage des casques
2.4.11 Instrumentation des éprouvettes
2.4.11.1 Équipements de mesure
2.4.11.2 Caractéristiques des équipements de mesure
2.4.11.3 Éprouvettes de type T
2.4.11.4 Éprouvettes de type E*
2.4.12 Saturation partielle des éprouvettes
2.4.12.1 Détermination du degré de saturation des éprouvettes
2.5 Essai thermique (ET)
2.5.1 Étalonnage des équipements
2.5.2 Enceinte thermique
2.5.3 Déroulement d’un essai thermique (ET)
2.5.4 Acquisition de données
2.6 Équipements pour essais mécaniques
2.6.1 Presses hydrauliques
2.6.2 Enceintes thermiques des presses
2.6.3 Capteurs de mesure de déplacement
2.6.4 Jauges de déformation
2.6.5 Capteurs de mesure de température
2.7 Essais mécaniques de module complexe (EE*) et de fatigue (EF)
2.7.1 Types d’essai et de chargement préconisés
2.7.2 Dispositif expérimental
2.7.2.1 Introduction
2.7.2.2 Dispositif pour les éprouvettes de type E*
2.7.2.3 Dispositif pour les éprouvettes de type FSJ
2.7.3 Niveaux de déformation préconisés
2.7.4 Déroulement d’un essai mécanique
2.7.4.1 Conditionnement
2.7.4.2 Essai de module complexe (EE*)
2.7.4.3 Essai de fatigue (EF)
2.7.5 Équipements, acquisition de données et paramètres mesurés
2.7.6 Traitement des données
2.7.7 Critères relatifs à la qualité de l’essai mécanique
2.7.8 Caractéristiques mesurées
2.7.9 Déformations axiales mesurées par les extensomètres et jauges
2.7.9.1 Cas des extensomètres sur éprouvette
2.7.9.2 Cas des extensomètres sur les casques
2.7.10 Corrections de |E*| pour les mesures avec extensomètres placés sur les casques
2.7.11 Évaluation de l’endommagement généré par les cycles de GD
2.8 Éprouvettes attitrées par type d’essai
CHAPITRE 3 RÉSULTATS ET ANALYSES DU VOLET #1A, LES ESSAIS THERMIQUES (ET)
3.1 Introduction
3.2 Saturation partielle des éprouvettes
3.3 Essais thermiques réalisés
3.4 Résultats des essais
3.4.1 Introduction
3.4.2 Degré de saturation
3.4.3 Évolution de la température
3.4.3.1 Évolution thermique au sein des éprouvettes
3.4.3.2 Températures de solidification
3.4.3.3 Variations de température lors de la formation de glace
3.4.3.4 Températures de fusion de la glace
3.4.4 Déformation axiale durant les cycles de gel et dégel
3.4.4.1 Introduction
3.4.4.2 Déformation axiale avec le temps
3.4.4.3 Dilatation durant la formation de glace (εS
3.4.4.4 Contraction générée par la fonte de la glace (εF)
3.4.4.5 Déformation axiale en fonction de la température
3.4.4.6 Coefficient de dilatation linéique
3.4.5 Essais additionnels
3.4.5.1 Introduction
3.4.5.2 Cycles de gel et dégel complémentaires de -46 à +23°C
3.4.5.3 Résultats types
3.4.5.4 Résultats relatifs aux éprouvettes contenant de la saumure
3.5 Variation de la teneur en vides des éprouvettes, effet sur le DS
3.6 Conclusions
CHAPITRE 4 RÉSULTATS ET ANALYSES DU VOLET #1B, LES ESSAIS DE MODULE COMPLEXE (EE*)
4.1 Introduction
4.2 Saturation partielle des éprouvettes
4.2.1 Introduction
4.2.2 Effets sur la rhéologie et l’endommagement de l’enrobé
4.2.3 Évolution des degrés de saturation
4.3 Essais réalisés
4.3.1 Introduction
4.3.2 Présentation
4.3.3 Durée minimale pour l’ensemble des étapes et des essais
4.3.4 Temps écoulé depuis le premier essai de module complexe
4.4 Vérification de la qualité des essais de module complexe
4.5 Résultats types d’un essai de module complexe pour l’enrobé testé à l’état sec
4.5.1 Introduction
4.5.2 Présentation des résultats
4.5.2.1 Courbes dans le plan de Cole-Cole et l’espace de Black
4.5.2.2 Courbes isochrones et isothermes du module complexe
4.5.2.3 Courbes maîtresses
4.6 Résultats types et modélisation du comportement VEL de l’enrobé à l’état sec
4.6.1 Introduction
4.6.2 Calibration du modèle 2S2P1D
4.6.3 Simulation du comportement VEL de l’enrobé à l’état sec
4.7 Résultats types et quantification des dommages
4.7.1 Quantification des dommages à l’aide des valeurs de |E*| modélisées
4.7.2 Quantification des dommages à l’aide des valeurs de |E*| calculées expérimentalement
4.8 Comparaison globale des résultats d’essais
4.8.1 Représentations classiques des résultats
4.8.2 Détermination des paramètres 2S2P1D
4.9 Comparaison normalisée des résultats
4.9.1 Utilité de cette méthode
4.9.2 Modélisations des modules complexes en considérant des paramètres fixés pour le modèle rhéologique 2S2P1D
4.10 Influence du liquide et de la glace sur la rhéologie de l’enrobé bitumineux
4.10.1 Introduction
4.10.2 Détermination de la température de solidification
4.10.3 Effet des liquides sur la rhéologie de l’enrobé
4.10.3.1 Introduction
4.10.3.2 Effet des liquides sur la rhéologie de l’enrobé avant de réaliser les cycles de gel et dégel
4.10.3.3 Effet des liquides sur la rhéologie de l’enrobé au fil des cycles de gel et dégel
4.10.3.4 Effet couplé du liquide et des cycles de gel et dégel sur la rhéologie de l’enrobé
4.10.4 Effet de la glace sur la rhéologie de l’enrobé
4.10.4.1 Introduction
4.10.4.2 Effet de la glace avant les cycles de gel et dégel
4.10.4.3 Effet de la glace au fil des cycles de gel et dégel
4.10.4.4 Effet de la glace et des cycles de gel et dégel
4.11 Quantification des dommages apparents à l’aide de la modélisation
4.11.1 Évolution du dommage au cours des cycles de gel et dégel (DXGD)
4.11.2 Évolution du dommage apparent au cours des cycles de GD en considérant le déphasage de C* (ϕC
4.12 Quantification des dommages apparents à l’aide des valeurs expérimentales
de |E*|
4.12.1 Évolution du dommage entre les +15°C (Dentre les +15°C)
4.12.2 Évolution du dommage apparent généré par la séquence de cyclage
de sollicitation (DSCS)
4.12.3 Évolution du dommage généré par les séquences de cyclage (ΣDSCS)
4.12.4 Évolution du dommage généré par le cycle de GD du EE* (DGDEE*)
4.13 Retour sur le dommage au fil des cycles de GD (DXGD)
4.14 Conclusions
CHAPITRE 5 RÉSULTATS ET ANALYSES DU VOLET #2, LES ESSAIS DE FATIGUE (EF)
5.1 Introduction
5.2 Essais réalisés
5.3 Saturation partielle des éprouvettes
5.4 Résultats types d’un essai de fatigue
5.4.1 Introduction
5.4.2 Évolution de la température à la surface de l’éprouvette
5.4.3 Évolution de l’échauffement à la surface de l’éprouvette
5.4.4 Indice de qualité des signaux
5.4.5 Éléments relatifs à la déformation
5.4.5.1 Évolution de l’amplitude de déformation
5.4.5.2 Évolution des écarts de déformation
5.4.5.3 Évolution de la valeur centrée de la déformation
5.4.6 Éléments relatifs à la contrainte
5.4.6.1 Évolution de l’amplitude de la contrainte
5.4.6.2 Évolution de la valeur centrée de la contrainte
5.4.7 Évolution de l’angle de phase
5.4.8 Évolution de la norme du module complexe
5.4.9 Évolution de l’énergie dissipée par cycle
5.5 Comparaison des résultats des essais de fatigue pour les deux états
5.5.1 Introduction
5.5.2 Éléments relatifs à la température
5.5.2.1 Évolution de la température à la surface des éprouvettes
5.5.2.2 Évolution de l’échauffement à la surface des éprouvettes
5.5.3 Indice de qualité des signaux
5.5.4 Éléments relatifs à la déformation
5.5.4.1 Évolution des écarts de déformation
5.5.4.2 Évolution de la valeur centrée de la déformation
5.5.5 Éléments relatifs à la contrainte
5.5.5.1 Évolution de l’amplitude de contrainte
5.5.5.2 Évolution de la valeur centrée de la contrainte
5.5.5.3 Évolution du rapport entre la valeur centrée et l’amplitude de contrainte
5.5.6 Évolution de la norme du module en cours de sollicitation
5.5.7 Évolution de l’angle de phase
5.5.8 Évolution de l’énergie dissipée par cycle en cours de sollicitation
5.5.9 Rupture en fatigue des éprouvettes
5.6 Analyse des résultats des essais de fatigue
5.6.1 Introduction
5.6.2 Méthodologie pour l’analyse de l’endommagement par fatigue
5.6.3 Détermination des modules initiaux |E*0| pour les deux états
5.6.4 Évolution du dommage pour les éprouvettes à l’état S
5.6.4.1 Niveau de dommage menant à la rupture (DIII)
5.6.4.2 Évolution du dommage corrigé menant à la rupture (DIIIc)
5.6.5 Évolution du dommage pour les éprouvettes à l’état PSE
5.6.5.1 Évolution du dommage menant à la rupture (DIII)
5.6.5.2 Évolution du dommage corrigé menant à la rupture (DIIIc)
5.6.6 Durée de vie selon les divers critères de rupture pour les éprouvettes testées à l’état sec (S)
5.6.7 Durée de vie selon les divers critères de rupture pour les éprouvettes
testées à l’état partiellement saturé en eau (PSE)
5.6.8 Comparaison des durées de vie des deux états (S et PSE)
5.7 Conclusions
CONCLUSION
RECOMMANDATIONS
ANNEXE I DURÉE ET DÉROULEMENT DES ÉTAPES NÉCESSAIRES
AVANT LA RÉALISATION D’ESSAI
ANNEXE II INFORMATIONS RELATIVES AUX PLAQUES D’ENROBÉ
BITUMINEUX
ANNEXE III INFORMATIONS RELATIVES AUX ÉPROUVETTES
D’ENROBÉ BITUMINEUX
ANNEXE IV CORRECTION DE LA DÉFORMATION APPARENTE DES
JAUGES ÉTABLIE EXPÉRIMENTALEMENT
ANNEXE V MÉTHODE DES MOINDRES CARRÉS
