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

Résumé
Ce travail de thèse est consacré à l’étude des phénomènes d’initiation et de propagation d’une
fissure dans un matériau bitumineux. À l’aide d’un essai innovant développé au Laboratoire Central
des Ponts et Chaussées, on reproduit les conditions d’initiation et de propagation d’une fissure confinée
dans un film de bitume.
Dans la première partie de ce travail de thèse, on aborde l’approche utilisée pour identifier les
propriétés rhéologiques à l’aide du modèle de Maxwell généralisé. La détermination des séries de
Prony passe par les méthodes d’optimisation linéaire et non-linéaire pour représenter précisément
le module complexe du liant bitumineux dans le domaine fréquentiel. Ce comportement viscoélastique
identifié est ensuite validé par l’essai de fluage sur un barreau de flexion trois points dans le
domaine temporel.
Dans la deuxième partie, on aborde la modélisation numérique de l’essai de rupture locale en tenant
compte à la fois de la viscoélasticité du matériau et de la cinématique d’ouverture de la fissure.
Globalement, on montre que la simulation numérique reproduit bien les différentes phases de l’essai.
La simulation numérique de la phase d’étirement du film de bitume permet de déterminer le coefficient
de Poisson du matériau. On présente également l’analyse locale des champs de contrainte et de
déplacement au voisinage de la pointe de fissure pour évaluer le facteur d’intensité de contrainte et
le facteur d’ouverture de la fissure. L’exploitation des résultats obtenus permet de préciser la dépendance
du facteur d’intensité de contrainte vis-à-vis de la vitesse de chargement.
Mots-clés: liant bitumieux, viscoélasticité, mécanique de rupture, propagation de fissure, facteur
d’intensité de contrainte, éléments finis
Abstract
This thesis is devoted to study the phenomenon of initiation and propagation of a crack in a bituminous
material. By applying an innovative test developed at LCPC (French Public Works Research
Institute), we reproduce the conditions of initiation and propagation of a crack in a confined film of
bitumen.
The first part of the study introduces the approach which is used to identify the rheological properties
by the generalized Maxwell model. The determination of Prony series is done by linear and
non-linear optimization methods so that the complex modulus of asphalt binder could be accurately
described in the frequency domain. The calibration of the viscoelastic model is then validated by
comparing simulation of the three point bending test in the time domain.
In the other part of the study, both viscoelasticity of the material and the kinematics of crack
opening are taken into consideration in the numerical modeling of the local fracture test. The finite
elements analysis exibits the different stages of the test during the initial, final loading and the crack
development process. The numerical simulation of the first traction stage of the bituminous film is
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