exp´erimentaux
Avant de d´efinir les dispositifs qui nous permettront de reproduire le fonctionnement d’une chauss´ee, il est important de noter que nous faisons le choix de concevoir un essai caract´eris´e par une approche bidimensionnelle de la chauss´ee. En effet, alors que la chauss´ee est une structure tridimensionnelle, nous souhaitons r´ealiser un essai repr´esentatif de son fonctionnement mais limit´e `a une simulation bidimensionnelle. D’une part, l’analyse pr´esent´ee dans le chapitre pr´ec´edent nous a montr´e que les champs caract´erisant le mode de fonctionnement de la chauss´ee sont des composantes selon la direction longitudinale x et selon la profondeur z de la chauss´ee et que leur ´evolution dans la direction transverse y n’est pas d´eterminante pour la caract´erisation du comportement de de la chauss´ee. Une simulation dans le plan (Oxz) est donc suffisante. D’autre part, ce choix est motiv´e par la volont´e de r´ealiser un essai de laboratoire dans des conditions de temp´erature contrˆol´ee et non pas un essai en quasi-vraie grandeur, soumis `a des variations m´et´eorologiques non maˆıtris´ees, ce type d’essai ´etant d´ej`a r´ealis´e et fonctionnant tr`es bien (essais FABAC (voir paragraphe 5.1.3) par exemple).
Dans ce contexte de simulation bidimensionnelle de la chauss´ee, nous devons d´eterminer les moyens exp´erimentaux adapt´es pour reproduire dans une ´eprouvette, dont la g´eom´etrie a ´et´e d´efinie dans la section pr´ec´edente, les fonctions de r´ef´erence lors d’un cycle de chargement.
Nous avons vu que la simulation de la variation de l’angle d’ouverture faisait ´egalement partie des crit`eres du dimensionnement du bˆati d’essai. Or le graphe Fig. 6.16 nous montre que dans le cas particulier de chauss´ee ´etudi´ee, la variation maximale de ∆φ(t) = ∂∆φ(t) est ´egale 1.85.10−4rad.
Cette valeur est tr`es faible puisqu’elle correspond en bas de la couche bitumineuse `a une variation de d´eplacement de 55.5µm, soit 1% de la largeur de la fissure. Dans la suite, nous supposons donc que ce crit`ere est n´egligeable et nous v´erifierons a posteriori que cette hypoth`ese n’´etait pas trop forte.
La simulation du fonctionnement de la chauss´ee fissur´ee se r´eduit donc `a la reproduction des trois fonctions N (t), Q(t) et M (t), d´eduites des fonctions ∂N (t), ∂Q(t) et ∂M (t) respectivement pr´esent´ees sur les figures Fig. 6.12, Fig. 6.13 et Fig. 6.14. A l’´echelle de la chauss´ee, l’intervalle de temps que nous avons consid´er´e sur ces figures ne suffit pas pour visualiser l’annulation des contraintes lorsque la charge est suffisamment loin pour ne plus affecter le domaine pr`es de la fissure. Par contre au niveau de l’´eprouvette, il est n´ecessaire de reproduire ce ph´enom`ene. Nous
proposons donc de prolonger les signaux ∂N (t), ∂Q(t) et ∂M (t), calcul´es dans le chapitre pr´ec´edents par les points en t = 0 et t = 0.05s pour lesquels les grandeurs de r´ef´erence seraient nulles. Le temps de chargement consid´er´e est donc de 0.05s.
De plus nous souhaitons prendre en compte le ph´enom`ene d’auto-r´eparation des mat´eriaux bitumineux. D’apr`es [Raithby et Sterling, 1972], un temps de repos compris entre 5 et 10 fois la dur´ee de charge permet de faire apparaˆıtre ce ph´enom`ene. Nous allons donc consid´erer une p´eriode de repos, que nous choisissons ´egale `a 0.45s. La p´eriode du cycle complet est donc τ = 0.5s.
En appliquant les ´equations (6.20), (6.21) et (6.22), nous pouvons alors calculer la variation des fonctions de r´ef´erence du probl`eme complet. Les figures Fig. 7.4, Fig. 7.5 et Fig. 7.6 pr´esentent ces ´evolutions sur un intervalle de temps de 0.1s afin de conserver la lisibilit´e des graphiques. Ceux-ci devraient ˆetre compl´et´es par un palier sur une dur´ee de 0.4s pour repr´esenter le cycle complet.
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 −0.06 −0.05 −0.04 −0.03 −0.02 −0.01 0 0.01 Temps t(s) Effort normal N(t) (MN/m)
Figure 7.4. Effort normal N (t) en fonction du temps t
Pour reproduire exp´erimentalement ces fonctions de r´ef´erence, le principe g´en´eral que nous proposons pour l’essai est une sollicitation de l’´eprouvette en poutre console. Plus pr´ecis´ement, nous choisissons d’encastrer l’´eprouvette sur la moiti´e gauche de sa base et de solliciter l’autre moiti´e par une force horizontale H1(t) afin de reproduire l’effort normal N (t), et par deux forces verticales V1(t) et V2(t) pour contrˆoler l’effort tranchant Q(t) et le moment de flexion M (t) dans
la section au droit de la fissure.
Notons que ce bˆati d’essai doit permettre de r´ealiser ´egalement un essai de roulement appel´e TRAFIC (d´enomination provisoire). Une coque circulaire fix´ee en dessous d’une poutre et un pilotage ad´equat des v´erins verticaux aux extr´emit´es de cette poutre (Fig. 7.7) permettent de cr´eer un mouvement de balancier (principe du ”hachoir berceuse”) et de simuler ainsi le passage d’un poids lourd `a vitesse constante. Une ´etude exploratoire du dimensionnement de cet essai a permis de d´eterminer les positions des v´erins x1, x2 et zH.
La conception de cet essai est au stade de l’id´ee, mais la simulation du d´eploiement de la charge a l’int´erˆet de reproduire la rotation des contraintes qui a lieu lorsqu’une roue de camion circule sur une chauss´ee. En effet, le chargement est en r´ealit´e plus complexe qu’une simple charge verticale car des composantes de cisaillement entrent en jeu. Dans le cas de l’´etude de la fissuration r´eflective cette caract´eristique n’a pas une forte influence sur le fonctionnement de la chauss´ee. Par contre
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 −0.04 −0.03 −0.02 −0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04 Temps t(s) Effort tranchant Q(t) (MN/m)
Figure 7.5. Effort tranchant Q(t) en fonction du temps t
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 −1 0 1 2 3 4 5 6 7x 10 −4 Temps t(s) Moment de flexion M(t) (MN)
Eprouvette (Composition et conditions limites `a d´efinir) zH L F1(t) x1 x2 F2(t) C1(t) Poutre Coque circulaire C1(t)
Figure 7.7. Schema de principe du bˆati d’essai TRAFIC
dans le cas de l’´etude de l’orni´erage, de l’arrachage des mat´eriaux de surface ou encore des couches de roulement minces, il pourrait ˆetre int´eressant d’utiliser un essai exp´erimental qui reproduise ce ph´enom`ene.
Alors que l’essai TRAFIC n´ecessite une position particuli`ere des v´erins, les positions x1, x2 et
zH des v´erins du bˆati SIFIRE sont libres. Le calage des donn´ees pourrait ˆetre r´ealis´e quelque soit
la combinaison choisie de ces param`etres. Aussi, afin de permettre un double usage des moyens techniques mis en oeuvre, nous proposons de choisir une configuration des points d’application des forces H1(t), V1(t) et V2(t) ´equivalente pour les deux essais. Nous posons alors les contraintes
suivantes :
– la force H1(t) est appliqu´ee sur le cˆot´e droit de l’´eprouvette `a une distance zH = 0.075m du milieu de la couche bitumineuse,
– la force V1(t), respectivement V2(t), est appliqu´ee sur le haut de l’´eprouvette `a une abscisse
x1= −1m, respectivement x2 = 1m, par rapport `a l’abscisse du centre de la fissure (xf = 0) par l’interm´ediaire d’une poutre.
Pour cette mˆeme raison, la g´eom´etrie de la poutre et celle de la plaque servant de liaison entre l’´eprouvette et la poutre sont fix´ees : la plaque est en aluminium, sa masse est de 16kg et son centre se trouve `a xp = 0.2275m de la fissure, la poutre est constitu´ee de deux profil´es H en acier,
sa masse totale est de 381kg et elle est centr´ee sur la fissure.
La figure Fig. 7.8 sch´ematise le principe g´en´eral de l’essai SIFIRE. Les param`etres x1, x2 et
zH ´etant fix´es par les contraintes techniques li´ees `a la r´ealisation d’un essai parall`ele, les seuls
grandeurs `a d´eterminer sont les fonctions H1(t), V1(t) et V2(t).