Comportement en fatigue d'un enrobé à module élevé adapté aux régions froides : influence de la température, de la fréquence de sollicitation et relation entre les résultats obtenus à partir de différentes méthodes d’essai

Boussabnia, Mohamed Mounir (2024). Comportement en fatigue d'un enrobé à module élevé adapté aux régions froides : influence de la température, de la fréquence de sollicitation et relation entre les résultats obtenus à partir de différentes méthodes d’essai. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La caractérisation de la fatigue des enrobés bitumineux s'effectue souvent à travers des essais de laboratoire. Néanmoins, les durées de vie en fatigue obtenues à partir de différents types d'essais ne sont généralement pas similaires, même quand ces essais sont réalisés sous des conditions identiques. Cette divergence peut être attribuée à plusieurs facteurs, incluant les méthodes d'analyse des résultats de fatigue, les conditions spécifiques des essais, ainsi que les variations dans la distribution des contraintes et des déformations au sein des différentes éprouvettes.

Cette thèse vise à corréler les résultats de fatigue d’un enrobé à module élevé, en réduisant les écarts entre les paramètres de la courbe de Wöhler, obtenus à partir de trois familles d'essais : l’essai de flexion 2 points (2PB - two point bending), intégré à la méthode de dimensionnement française et soutenu par l'outil de calcul Alizé, l’essai de flexion 4 points (4PB – four point bending), utilisé dans l'approche américaine de dimensionnement et pris en charge par l'outil de calcul Pavement M-E, et l’essai de traction-compression (TC), communément adopté au Canada.

À cet égard, une recherche bibliographique approfondie a été entreprise pour identifier les principaux facteurs influençant le comportement en fatigue des enrobés bitumineux et pour comprendre comment ces facteurs impactent les résultats des essais de fatigue. Cette étude a également mis en lumière les lacunes dans la littérature concernant la corrélation des résultats de fatigue obtenus à partir de différents types d'essais.

Pour atteindre les objectifs de cette thèse, un programme expérimental exhaustif d'essais de fatigue a été conçu pour évaluer le comportement en fatigue d'un enrobé à module élevé (EME- 14) adapté aux climats froids. Ce programme comprenait trois types d'essais de fatigue : l’essai TC, l’essai 2PB conformément à la norme NF 12697-24, et l’essai 4PB selon la norme AASHTO T 321. L'essai TC a été mené à trois fréquences différentes (5, 10 et 25 Hz) et à quatre températures variées (-10, 0, 10 et 20 °C), dans le but d'analyser l'impact des conditions d'essai sur le comportement en fatigue de l'EME-14. Afin d’alléger le programme d'essai, les essais ont été réalisés en mode contrôle de la déformation seulement.

La structure de cette thèse est divisée en trois parties distinctes, chacune ayant ses objectifs spécifiques. La première partie se concentre sur la méthodologie de détermination de la rupture en fatigue, en tenant compte de différents critères. Deux sous-objectifs sont visés : d'une part, déterminer la durée de vie en fatigue (Nf) et les paramètres caractéristiques de la courbe de fatigue (ou droite de Wöhler), et d'autre part, réduire les écarts observés pour ces paramètres en choisissant judicieusement le critère de rupture. La deuxième partie de la thèse explore, en deux phases distinctes, l'influence des conditions d'essai sur le comportement en fatigue de l'EME-14. La première phase vise à valider l'impact de la température (θ) et de la fréquence (fr) de sollicitation, tandis que la deuxième phase vise à vérifier l’applicabilité du principe d'équivalence temps-température (PETT) dans le domaine de la fatigue pour l'EME-14. Enfin, la troisième partie de la thèse est consacrée au développement d'une méthode pour corréler les paramètres de la droite de fatigue de l'EME-14, obtenus à partir des essais 4PB et TC. Pour atteindre cet objectif, il est essentiel de mettre au point une méthode d'analyse rationnelle pour interpréter les résultats de fatigue de chaque essai, afin d'obtenir des valeurs précises, et cohérentes de la durée de vie en fatigue (Nf), assurant ainsi que les droites de fatigue issues de ces essais soient comparables.

Titre traduit

Fatigue behavior of high-modulus asphalt concrete: influence of temperature, loading frequency and relationship between results obtained from different test methods

Résumé traduit

Fatigue characterization of bituminous mixes is often based on laboratory tests. However, fatigue lifetimes obtained from different types of tests are generally not comparable, even when these tests are carried out under identical conditions. This disparity can be attributed to several factors, including the approach to analyzing fatigue results, specific test conditions, and variations in the stress-strain distribution of different specimens. The aim of this thesis is to harmonize fatigue results, in particular Wöhler curve parameters, obtained from three families of tests, namely: the 2-point bending test (2PB - two point bending), integrated into the French dimensioning method and supported by the Alizé calculation tool, the 4-point bending test (4PB - four point bending), used in the American dimensioning approach and supported by the Pavement M-E calculation tool, and the tension-compression test (TC), commonly adopted in Canada. The main objective is to establish a correlation between these different fatigue test methods and to improve the classical approach to fatigue analysis in order to better reflect the actual fatigue characteristics of asphalt mixes.

To this end, an extensive literature search was undertaken to identify the main factors influencing the fatigue behavior of asphalt mixes, as well as to understand how these factors impact fatigue test results. This study also highlighted gaps in the literature concerning the correlation of fatigue results obtained from different types of tests.

To achieve the objectives of this thesis, a comprehensive experimental fatigue testing program was designed to evaluate the fatigue behavior of a high-modulus asphalt mix (EME-14) adapted to cold climates. The program included three types of fatigue tests: tensioncompression (TC), 2-point bending (2PB) in accordance with NF 12697-24, and 4-point bending (4PB) in accordance with AASHTO T 321. The TC test was carried out at three different frequencies (5, 10 and 25 Hz) and four different temperatures (-10, 0, 10 and 20°C), with the aim of analyzing the impact of test conditions on the fatigue behavior of EME-14. In order to simplify the test program, the tests were carried out in strain-control mode only.

The structure of this thesis is divided into three distinct parts, each with its own specific objectives. The first part focuses on the methodology adopted to characterize fatigue failure of specimens, taking into account different criteria, through the three types of tests selected (TC, 2PB and 4PB). Two sub-objectives are targeted: firstly, to determine the fatigue life (Nf) and the characteristic parameters of the fatigue curve (or Wöhler line), and secondly, to reduce the discrepancies observed in the fatigue curve parameters resulting from the three families of tests selected, by judiciously choosing the failure criterion. The second part of the thesis explores, in two distinct phases, the influence of test conditions on the fatigue behavior of EME-14. The first phase aims to validate the impact of loading temperature (θ) and frequency (fr), while the second phase aims to confirm the time-temperature equivalence principle (TTSP) in the fatigue domain for EME-14. Finally, the third part of the thesis is devoted to developing a method for correlating the parameters of the EME-14 fatigue line, obtained from the 4PB and TC tests. To achieve this objective, it is essential to develop a rigorous and efficient analytical method for interpreting the fatigue results of each test, in order to obtain accurate and consistent values of fatigue life (Nf), thus ensuring that the fatigue lines derived from these tests are comparable.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thèse par articles présentée à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de doctorat en génie". Comprend des références bibliographiques (pages 371-391).
Mots-clés libres:	fatigue, enrobé à module élevé, effet de la fréquence de sollicitation, effet de la température, principe d’équivalence temps-température, courbe de Wöhler
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Perraton, Daniel
Codirecteur:	Codirecteur Di Benedetto, Hervé
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	30 avr. 2025 14:50
Dernière modification:	30 avr. 2025 14:50
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3595

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