Etude numérique de la fissuration d'un milieu viscoélastique - Pastel

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5.4.4 Phase de séparation finale 5.4. Déroulement d’un essai Afin de rompre complètement l’échantillon, une traction finale de 120µm pendant 120sec est effectuée. Il est alors possible d’observer et de caractériser les surfaces de rupture pour compléter l’étude expérimentale. À l’issue de la traction finale, les deux surfaces de rupture de l’échantillon sont séparées. En fonction des conditions d’essai, ces surfaces présentent des anneaux concentriques qui semblent être liés aux conditions de propagation de la fissure. Pour tous les essais, une photographie de chacune des surfaces de rupture est réalisée (figures ??). A chaque image est associée une photographie de calibrage de la surface de rupture. 5.4.5 Interprétation de l’essai de rupture locale Au cours de la phase de traction, on enregistre une ou plusieures chutes brutales de la force. Elles sont assimilées à la création puis à la propagation d’une fissure à l’intérieur de l’échantillon. Comme nous le montrerons par la suite, en raison de la géométrie de l’éprouvette et de la concentration des contraintes qui en résulte en son centre, la fissure s’initie au centre de l’éprouvette et se propage d’une manière concentrique vers l’extérieur. Une chute de force est suivie par une courbe dont la pente est plus faible. L’évolution de la courbe correspond à une diminution de la rigidité de l’éprouvette. Lorsque la rigidité de l’éprouvette devient nulle, la fissure s’est alors entièrement propagée dans l’échantillon. En analysant l’évolution de l’effort en fonction du déplacement au cours de la phase de traction, il est donc possible de d’étudier le comportement à la fissuration du matériau. La figure (5.5) présente la courbe force/déplacement obtenue pour un essai réalisé à 0 ◦ C, avec une épaisseur de film initiale de 320µm et un déplacement maximum de 110µm atteint en 10s. Lors d’un étirement du film de bitume sans création de fissure, cette consigne correspond à une déformation maximale de 34% au centre de l’éprouvette. Les valeurs de force sont mesurées aux bornes du porte-échantillon. La réponse du matériau peut être décomposée en trois parties : OA : Cette partie de la courbe correspond à la réponse classique d’un matériau viscoélastique soumis à une vitesse de déformation constante. La non-linéarité de cette courbe est liée au caractère visqueux de ce matériau à la température d’essai. AB : La valeur d’effort montre une chute soudaine. Cette chute survient alors que le déplacement imposé continue à solliciter l’échantillon. Cette discontinuité peut être expliquée par l’apparition d’une fissure à l’intérieur de l’échantillon et une propagation instable de cette fissure. Ce phénomène pourrait être le déchirement soudain du bitume au moment où la contrainte au centre de l’échantillon atteint la contrainte limite de rupture, ce qui conduit à la chute d’effort. BC : De même que dans la phase OA, cette courbe correspond à la réponse classique d’un matériau viscoélastique soumis à une vitesse de déformation constante mais avec une pente plus faible qui correspond à une chute de la rigidité globale de l’échantillon du fait de l’ouverture d’une fissure dans la phase AB. Comme précédemment, la non-linéarité pourrait être attribuée à la combinaison de deux phénomènes : la propagation de la fissure initiée en phase AB et les 98
Force (N) 150 100 50 Résponse viscoélastique O Début de la chute de force Chute de la force arrêt de la chute de force 0 0 10 20 30 40 Elongation (µm) caractéristiques rhéologiques du bitume. A B 12 mm Vitesse de chargement = 11µm/s Température = 0°C Poursuite du chargement Bitume pur 50/70 FIG. 5.5 – Interprétation d’un essai type C 5.5. Répétabilité Selon les valeurs des paramètres retenues pour les essais et la nature du bitume, les courbes peuvent présenter une ou plusieurs discontinuités. Le nombre de discontinuités semble correspondre au nombre de phases de propagation d’une fissure concentrique s’étant propagées pendant l’essai du centre vers l’extérieur de l’échantillon. Ceci peut être illustré par les anneaux concentriques qui peuvent être observées après la séparation totale de l’échantillon à la fin de l’essai (figures 5.5) 5.5 Répétabilité Afin d’obtenir une certaine exactitude sur les essais réalisés et d’évaluer les effets des paramètres d’essais sur le comportement à la fissuration des liants bitumineux. Il faut s’assurer que l’essai de rupture locale est répétable avec la mise en place des critères de rejet d’un essai. Avec le protocole expérimental retenu, on peut réaliser des essais de rupture locale à différentes vitesses de déformation et à différentes températures. Classiquement, les résultats d’essais de rupture (initiation et propagation) sont fortement dépendants à la fois des conditions de réalisation des échantillons et du matériel d’essai utilisés. Pour réduire la dispersion des résultats (Lemaitre [103]), ces essais sont conduits avec de grandes précautions expérimentales. Pour bien maîtriser les conditions de réalisations des échantillons, le protocole expérimental présenté dans le paragraphe §5.3 a été optimisé afin de garantir une répétabilité dans la confection des échantillons. Le protocole prévoit également la suppression des bulles d’air dans l’échantillon qui peuvent influencer sur la répétabilité des essais. En régle générale, pour chaque condition expérimentale (bitume, vitesse, température), on effec- 99
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Numéro d’Ordre : XXX Anné : 200
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