Modélisation des déformations permanentes des graves non traitées : application au calcul de l'orniérage des chaussées souples

Discipline

Génie Civil

Classification

Sciences de l'ingénieur,

Bâtiments

Mots-clés libres

sols, modèles et modélisation, élasticité, déformations (mécanique), chaussées et revêtements

Mots-clés

Chaussées -- Sous-revêtements - Thèses et écrits académiques,

Déformations (mécanique) - Thèses et écrits académiques,

élastoplasticité - Thèses et écrits académiques

L'orniérage est la principale cause de dégradation des chaussées souples. Il est dû principalement au cumul des déformations plastiques dans les couches constituées de graves non traitées. Les méthodes actuelles de dimensionnement présentent des faiblesses. Elles sont basées sur un calcul de structure multicouche en élasticité linéaire alors que le comportement des matériaux non liés est fortement non linéaire. Ces méthodes utilisent un calcul en élasticité pour prédire un phénomène en plasticité. La vérification vis-à-vis de l'orniérage est faite avec des règles simplistes indépendantes des caractéristiques mécaniques des matériaux composant la chaussée. Une chaussée souple en service est soumise à un nombre de cycles charge-décharge de l'ordre de 105-106. Par conséquent, les modèles rhéologiques existants et conçus dans le cadre de la dynamique des sols pour décrire le comportement des matériaux granulaires soumis à un chargement sismique ne sont pas applicables pour modéliser le comportement des chaussées. Il existe très peu de modèles rhéologiques capables de décrire le comportement à long terme des graves non traitées. Ces derniers restent inutilisables pour un calcul de structure vu le très grand nombre de résolutions nécessaires pour modéliser un tel chargement. Quant aux nombreux modèles empiriques existants, ils sont inexploitables pour des analyses structurelles. Afin de prédire le comportement à long terme d'une structure de chaussée, un modèle s'appuyant sur la théorie de l'adaptation est élaboré dans le cadre de cette thèse. Ce dernier s'inspire des travaux de Zarka et Casier qui portent sur la modélisation des matériaux à écrouissage cinématique - tels que les aciers – soumis à un grand nombre de cycles de chargements. Il a été démontré que la théorie de l'état limite est applicable pour la prédiction du comportement à long terme des chaussées. L'idée est donc d'adapter l'approche proposée par Zarka et Casier aux matériaux granulaires. Pour ce faire, une surface de charge appropriée pour les sols est adoptée : la surface de charge de Drucker-Prager. On a fait l'hypothèse que le matériaux élastoplastique et obéit à un écrouissage cinématique linéaire strictement positif. L'analyse inélastique est appliquée à des matériaux obéissant à un modèle non-standard avec écrouissage cinématique linéaire. Ces matériaux ont une règle d'écoulement non-associée à la surface de charge. Le potentiel plastique de Von Mises est considéré. Le modèle est implanté dans le code de calcul par éléments finis Cast3M. Il a été validé sur les résultats d'essais triaxiaux réalisés sur trois matériaux différents. Des applications, réalisées sur différentes structures de chaussées, montrent des résultats encourageants avec un temps de calcul réduit.