L’´evolution des fissures

L’´evolution des fissures sous l’effet cyclique de diff´erents types de chargement peut ˆetre divis´ee en trois phases : l’initiation des fissures, la propagation des fissures (Propagation d’une fissure des couches du bas vers la surface, propagation des fissures des couches du haut vers le bas, propagation des fissures d’interface) et enfin la rupture totale de la structure.

36 2. Revue bibliographique sur la fissuration des chauss´ees

2.1.2.1 L’initiation des fissures

A l’´echelle granulaire, le mat´eriau de la chauss´ee sans fissure soumis au chargement cyclique (du trafic ou thermique) pr´esente toujours un ou plusieurs d´efauts. Ces types de chargements cr´eent dans ces zones des concentrations de contraintes. Cette phase comprend la formation des fissures capillaires, des microfissures et des dislocations.

La phase d’initiation pr´esente une chute importante des modules de rigidit´e des mat´eriaux.

2.1.2.2 La propagation des fissures

La phase de propagation des fissures au sein des structures de chauss´ee pr´esente des faibles changements de rigidit´e des mat´eriaux mais des concentrations de contraintes `a leur voisinage.

Trois types de propagation sont rencontr´es : la propagation d’une fissure des couches du bas vers la surface [Florence et al., 2004], la propagation des fissures des couches du haut vers le bas [Tamagny et al., 2004], [Nesnas et Nunn, 2004], la propagation des fissures d’interface (d´ecollement d’interface) [Pouteau et al., 2004], [Chabot et al., 2004].

Les possibilit´es du cheminement de la fissuration vers la couche de roulement et aux interfaces est sch´ematis´e par [Goacolou et Marchand, 1982] (cf. figure 2.9).

Figure 2.9.Cheminement de la fissuration [Marchand, 1984]

Propagation des fissures vers la couche de roulement

La remont´ee d’une fissure existante, au travers de la couche de roulement, est le r´esultat de mouvements des l`evres de la fissure qui sont transf´er´es `a la base de la couche de surface. Afin d’identifier correctement le probl`eme de la remont´ee de fissure, il est bien n´ecessaire d’identifier les diff´erents param`etres qui peuvent causer ces mouvements.

Les trois types de chargement qui provoquent des mouvements des l`evres de la fissure

- Trafic : Les v´ehicules qui passent au droit de la fissure ou `a proximit´e induisent des mouvements horizontaux et verticaux de la fissure.

2.1 Introduction de la fissuration dans les chauss´ees 37

- Variation de temp´erature : Le changement de temp´erature entre jour-nuit, hiver-´et´e provoque des dilatations et contractions dans la chauss´ee. Ces mouvements alternent entre l’ouverture et fermeture de la fissure.

- Variation de teneur en eau du sol : La variation de teneur en eau du sol se traduit par un changement de la portance du sol qui se r´epercute aussitˆot sur la fissure par une ouverture ou une fermeture.

Nature de mouvement des l`evres de fissure et ses combinaisons dans la fissure de chauss´ee Les trois mouvements possibles des l`evres de fissure sont class´es selon un sch´ema conventionel de [Irwin, 1957] (cf. figure 2.10)

Mode I Mode II Mode III

Figure 2.10.Mode I : Ouverture ; Mode II : Cisaillement ; Mode III : D´echirement Dans la chauss´ee, ces trois types de mouvements vont causer la rupture de la couche de surface selon une combinaison comme suit (cf. figures 2.11, 2.12, 2.13, [Vanelstraete et Francken, 1997] et [Colombier, 1989]) :

Figure 2.11.Mode I : Retrait thermique

Propagation des fissures du haut vers le bas

Ce type de fissure commence sur la surface de chauss´ee et se propage vers les couches de chauss´ees en bas. Les fissures de haut en bas peuvent se produire sous diverses causes. Le trafic, la complexit´e de l’interaction pneu/surface de chauss´ee, chargement cyclique de la temp´erature, le d´epassement de l’ˆage du bitume, le comportement visco´elastique des enrob´es bitumineux sont au-tant de raisons probables de leur apparition [Tamagny et al., 2004]. Ce type de propagation de fis-sure a ´et´e le but de plusieurs travaux de recherche, nous pouvons citer ici ceux de [Nesnas et Nunn, 2004], [Sangpetngam et al., 2004], [Svasdisant et Baladi, 2004],

[Rowe et Pellinen, 2004] ...

38 2. Revue bibliographique sur la fissuration des chauss´ees

Mode III 3

Figure 2.13.Mode III : V´ehicule circulant le long d’une fissure longitudinale [Vanelstraete et Francken, 1997]

Avec une mˆeme analyse que la partie pr´ec´edente, nous pouvons remarquer les trois combinaisons possibles pour la propagation des fissures du haut vers le bas.

Mode I : Sous chargement du retrait thermique, les l`evres de fissure peuvent s’ouvrir. Cela correspond au mode I.

Mode II, mode III : Selon la position de la fissure par rapport au sens de roulement des v´ehicules, nous pouvons avoir une ouverture en mode II ou mode III.

Dans les cas de combinaison des charges (retrait thermique + trafic , ..), nous pouvons avoir des ouvertures de fissures correspondant `a la combinaison des modes I, II, III.

Propagation des fissures (D´ecollements) d’interface

Le d´ecollement d’interface des couches de chauss´ees peut apparaˆıtre et se propager pour plu-sieurs raisons. L’´etude de ce probl`eme devient tr`es important dans les types de chauss´ees souvent

`a base de b´eton de ciment o`u le collage des couches renforce la capacit´e portante de chauss´ee (structures composites par exemple) [Pouteau et al., 2004].

Avec les mˆemes analyses que pr´ec´edemment, le d´ecollement peut se propager suivant les trois modes d’ouverture, ou une combinaison entre ces modes.

2.1.2.3 La rupture

La rupture de la chauss´ee intervient `a l’apparition des fissures sur la surface (remont´ee de fis-sure vers la couche de roulement), ou la rupture totale des couches de chauss´ee. Elle pr´esente une d´ecroissance acc´el´er´ee de rigidit´e de mat´eriau, un d´eveloppement rapide des fissures et macrofissu-ration, une perturbation thermique et un endommagement jusqu’`a la rupture.

Pour mod´eliser l’´evolution des fissures, les calculs actuels se basent sur les deux approches : Approche par la m´ecanique de rupture, nous pouvons citer les travaux de [Goacolou et al., 1983], [Marchand, 1984] et de [Elouard, 1993], ou approche par la m´ecanique de l’endommagement, nous pouvons citer les travaux de [Laveissiere, 2001], [Bodin et al., 2004]. Ces deux approches apportent chacune leur contribution `a la mod´elisation en fatigue du mat´eriau.