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Theses Year : 2001

Contribution to the fatigue behaviour study of bituminous material

Contribution à l'étude du comportement en fatigue des enrobés bitumineux - Etude de l'allongement des éprouvettes comme manifestation de l'endommagement diffus - Expérimentation - Modélisation

Yann Lefeuvre
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Abstract

Fatigue tests of bituminous materials performed on trapezoidal specimens induce a loss of stiffness, combined with a significant extension of the specimens at the beginning of the test when applying high strain levels. This thesis presents the development of a visco-elastic constitutive law with unilateral damage for asphalt materials , based on the observation of tensile tests on asphalt binder films between two metal spheres. The unilateral damage is defined as the opening of the micro-cracks in the bitumen during extension and their closing during contraction. When put into a semi-analytical structural model of the trapezoidal specimen, this constitutive law leads to results close to those highlighted at the beginning of fatigue experiments for various experimental conditions (temperature, load frequency and strain amplitude level). According to the used modelling, the damage evolution law describes the fast initial homogeneous creation of the micro-cracks and then their slow development. The modelling is also able to explain a given percentage of the loss of stiffness. These results show mainly that the bituminous material extension is due to the asymmetric behaviour induced by the unilateral damage coupled with visco-elasticity. Therefore the asphalt mix extension is a way to quantify the level of the material damage.
Les essais de fatigue des matériaux bitumineux réalisés sur éprouvettes trapézoïdales induisent une perte de rigidité combinée à une extension significative des éprouvettes au début de l'essai pour de forts niveaux de sollicitation. Cette thèse présente le développement d'une loi de comportement visco-élastique avec endommagement unilatéral pour les matériaux bitumineux, basée sur l'observation des essais de rupture directe sur film de bitume entre deux hémisphères de métal. L'endommagement unilatéral est défini comme l'ouverture de micro-fissures dans le bitume pendant l'extension et leur fermeture pendant leur contraction. Injectée dans un modèle structurel semi-analytique de l'éprouvette trapézoïdale, cette loi de comportement conduit à des résultats proches de ceux mesurés en début d'essai pour des conditions expérimentales variées (température, fréquence et amplitude de sollicitation). Selon la modélisation utilisée, la loi d'évolution de l'endommagement décrit la rapide création homogène de micro-fissures dans tout le matériau, puis leur développement lente. La modélisation peut aussi expliquer un certain pourcentage de la perte de rigidité globale du matériau. Ces résultats montrent principalement que l'extension du matériau bitumineux est due au comportement dissymétrique induit par l'endommagement unilatéral couplé à la visco-élasticité. Par conséquent, l'allongement du mélange bitumineux est un moyen de quantifier le niveau d'endommagement du matériau.
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Dates and versions

pastel-00002993 , version 1 (19-12-2007)

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  • HAL Id : pastel-00002993 , version 1

Cite

Yann Lefeuvre. Contribution to the fatigue behaviour study of bituminous material. Engineering Sciences [physics]. Ecole des Ponts ParisTech, 2001. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00002993⟩
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