pneu et de la pression de gonflage des chaussées souples.

Transcription

1 Séminaire de doctorat I Projet 2A 2: Étude avancée de l effet leffet du type de pneu et de la pression de gonflage sur le comportement mécanique des chaussées souples. 7 Décembre 2011 Damien Grellet

2 Objectif du projet: Évaluer l impact,sur lecomportementmécanique mécanique de lachaussée, d un dun pneu à bande large comparativement à un pneu jumelé traditionnel sous plusieurs conditions d utilisation. Baisse de la résistance au roulement Diminution de la consommation d essence (3 à 12%) et de l émission des gaz polluants Réduction des coûts d entretien des véhicules et meilleur contrôle de la pression des pneus

3 Objectif du projet: Évaluer l impact,sur lecomportementmécanique mécanique de lachaussée, d un dun pneu à bande large comparativement à un pneu jumelé traditionnel sous plusieurs conditions d utilisation. 1 Caractériser la réponse mécanique des différents couches de la chaussée lors du passage des charges Déformationet contrainte prochedela surface Pression de contact, cisaillement (Données théoriques) Déformationà la base durevêtement Déformation longitudinale et transversale (Données théoriques et expérimentales) Déf ti t t i t ti l Déformation et contrainte verticale (Données théoriques et expérimentales)

4 Objectif du projet: Évaluer l impact,sur lecomportementmécanique mécanique de lachaussée, d un dun pneu à bande large comparativement à un pneu jumelé traditionnel sous plusieurs conditions d utilisation. 2 Déterminer l endommagement et la durée de vie de la chaussée sous le passage répété des différentes sollicitations. Déformationet contrainte prochedela surface => Ornière par fluage/fissuration par le haut Déformationà la base durevêtement => Fissuration de fatigue Déformation et contrainte t verticale => Ornière structurale Combinaison de ces dommages

5 Plan du projet: Maitrise ctorat Doc 1- Synthèse des études antérieures 2- Mise en point d une première instrumentation adaptée à l analyse des déformations dans l ensemble de la couche d enrobé bitumineux. 3- Essais préliminaires sous différentes conditions de sollicitation Passage de la maitrise au doctorat 4- Mise au point d une seconde instrumentation 5- Campagnes de mesure au SERUL et à l IFSTTAR lifsttar 6- Validation des instrumentations 7- Caractérisation des déformations à différents niveaux de la structure Séminaire de doctorat I 8- Analyse de l endommagement en bas de la couche de roulement 9- Analyse de l endommagement dans les premiers cm de la structure Séminaire de doctorat II 10- Analyse de l endommagement relatif entre les deux types de pneu Soutenance de thèse

6 Les sites expérimentaux: Site expérimental routier de l Université Laval Sections de 50, 100 et 200 mm. Section longue de 100 m. Passage successif des camions. Contrôle des distances de passage. Analyse comparative des pneus réalisée au niveau du tridem du camion. Campagne de mesure d une durée d une semaine.

7 Les sites expérimentaux: Simulateur routier (IFSTTAR Nantes) 4 bras en rotation Réglage de la vitesse, du chargement et de la position Sections de 70 et 130mm Analyse comparative des pneus réalisée entre deux bras du manège simultanément. Campagne de mesure de cinq semaines.

8 Matrice expérimentale: 58 cas d étude Structure de 70 mm Structure de 130 mm IFSTTAR Pneu jumelé Pneu large Pneu jumelé Pneu large 4 T 5 T 5.8 T 6.5 T 32 Km/h 100 Psi 42 Km/h 32 Km/h 120 Pi Psi 42 Km/h 32 Km/h 120 Psi 42 Km/h 56 Km/h 120 Psi 42 Km/h 120 Psi 42 Km/h SERUL 4 T 120 Psi 100 Psi 30 Km/h 100/80 Psi 80 Psi Structure de 100 mm Structure de 200 mm Pneu jumelé Pneu large Pneu jumelé Pneu large 10 C 20 C 26 C 30 C 35 C 40 C

9 Les jauges à fibre optique: La jaugeàfibreoptique (diamètre: 230 m,, longueur: 9 mm) Interférométrie optique de type Fabry Pérot. Insensible à la déformation transversale et à la température. La carotte instrumentée: La plaque de déformation: Mise en place par carottage oupar un trait de scie. Scellée sur site par de la colle époxy. Transversale proche de la surface Verticale proche de la surface Longitudinale proche de la surface Transversale au bas de la couche Longitudinale au bas de la couche

10 Mise en place dans la structure Pose de l instrumentation en une journée Durée de vie supérieure au million de chargement Capteurs secondaires hors des sentiers de roue (teneur en eau, T )

11 Mise en place dans la structure B 25 capteurs

12 Mise en place dans la structure A 29 capteurs

13 Validation de l instrumentation Analyse de la fiabilité Étude de la répétabilité des capteurs Étude la répétabilité entre les capteurs Comparaison entre les différents types d instrumentation Jauge TML Comparaison avec les logiciels de calculs (Viscoroute) Jauge aluminium et plexiglas

14 Validation des instrumentations Contrôle de la charge, de la pression et prise des températures. Prise des mesures pendant 4 rotations complètes du manège. Microdéfor rmation Pneu jumelé 3 Temps (seconde) Pneu à bande large

15 Protocole expérimental au manège Isoler chaque bras et identifier les signaux mation Microdéform Temps (seconde) Méthodologieréalisée pourl ensemble lensemble descapteurs et pourles 11positions dupneu.

16 Présentation des signaux caractéristiques Déformation en bas de la couche d enrobé bitumineux structure de 130 mm Température = 20 C Température = 40 C Déformation transversale Déformation longitudinale

17 Analyse de la répétabilité des capteurs Analyse de l écart type et du coefficient de variation Pneu jumelé, à une température t de 20 C effet de la charge. 4 4T 5T 5.8T 6.5T Capteur 1 Capteur 2 Capteur 3 Capteur 4 Capteur 5 TBC LBC

18 Analyse de la répétabilité des capteurs Analyse de l écart type et du coefficient de variation Pneu jumelé. 4 4T 5T 5T 5T 5.8T 5.8T 6.5T 6.5T Capteur 1 Capteur 2 Capteur 3 Capteur 4 Capteur 5 TBC LBC

19 Analyse de la répétabilité des capteurs Analyse de l écart type et du coefficient de variation Pneu à bande large. 4 4T 5T 5T 5T 5.8T 5.8T Capteur 1 Capteur 2 Capteur 3 Capteur 4 Capteur 5 TBC LBC

20 Analyse de la répétabilité des capteurs Analyse de l écart type et du coefficient de variation Écart ttype: 4 4T 5T 5T 5T 5.8T 5.8T 6.5T 6.5T Capteur 1 Capteur 2 Capteur 3 Capteur 4 Capteur 5 TBC LBC

21 Analyse de la répétabilité des capteurs Analyse de l écart type et du coefficient de variation <10% : acceptable Coefficient i tde variation: iti 8 4T 5T 5T 5T 5.8T 5.8T 6.5T 6.5T Capteur 1 Capteur 2 Capteur 3 Capteur 4 Capteur 5 TBC LBC

22 Analyse de la répétabilité des capteurs Coefficient de variation en fonction de la position sous le pneu: Position sous le pneu jumelé (mm) Position sous le pneu large (mm)

23 Le bassin de déformation Tracé Étudedu la bassin répétabilité de déformation entre les capteurs pour l ensemble des capteurs Plaque de déformation Courbe d interpolation Carotte instrumentée Capteur du LCPC

24 Analyse des résultats: Caractérisation des déformations à différents niveaux de la structure Au bas de la couche (déformation transversale) Proche de la surface ( déformation verticale et transversale) Comparaison avec les modélisations sous Viscoroute.

25 Bassin de déformation en bas de couche Structure de 200 mm d épaisseur, chargement de 4T, pression de 100 Psi, Temperature de 20 C Approche h classique : amplitude maximale Augmentation de 43% de la déformation Modèle d Asphalt Institute: Durée de vie est respectivement de 25 Millions et de 7 Millions ( application de charge)

26 Déformation en traction en bas de couche: Structure de 70 mm Structure de 130 mm IFSTTAR Pneu jumelé Pneu large Pneu jumelé Pneu large 4 T 100 Psi 120 Pi Psi 42 Km/h 42 Km/h T 120 Psi 42 Km/h T 6.5 T SERUL 4 T 120 Psi 42 Km/h 120 Psi 42 Km/h 120 Psi 100 Psi 30 Km/h 100/80 Psi 80 Psi Structure de 100 mm Structure de 200 mm Pneu jumelé Pneu large Pneu jumelé Pneu large C 20 C 26 C 30 C 35 C 40 C

27 Déformation en traction en bas de couche: Structure de 70 mm Structure de 130 mm IFSTTAR Pneu jumelé Pneu large Pneu jumelé Pneu large 4 T 100 Psi 120 Pi Psi 42 Km/h 42 Km/h + 24 % + 58 % 5 T 120 Psi 42 Km/h + 54 % + 40 % + 28 % 5.8 T 6.5 T SERUL 4 T 120 Psi 42 Km/h 120 Psi 42 Km/h 120 Psi 100 Psi 30 Km/h 100/80 Psi 80 Psi + 50 % + 33 % Structure de 100 mm Structure de 200 mm Pneu jumelé Pneu large Pneu jumelé Pneu large + 12 % + 9 % + 43 % + 17 % + 22 % + 35 % 10 C 20 C 26 C 30 C 35 C 40 C

28 Bassin de déformation en bas de couche Structure de 200 mm d épaisseur, chargement de 4T, pression de 100 Psi, Temperature de 20 C mm 0.55 mm 0.6 mm Autre considération: Pente des bassins de déformation Baisse de 20 % des pentes des bassins, fréquence de sollicitation plus faible.

29 Bassin de déformation en bas de couche Étudeseffectuées effectuées sur les formes dusignal et les conséquences sur la résistance en fatigue des matériaux Kogo et Kimeno (2008) Bodin et coll. (2009). Vérifier l applicabilité dans notre cas d étude Reconsidérer l endommage relatif fdu pneu large versus le pneu jumelé

30 Bassin de déformation proche de la surface Transversale haute Interpolation par Viscoroute Baisse de 30 % 127 Verticale haute 70 Baisse de 45 % Baisse de 25 %

31 Bassin de déformation proche de la surface Cisaillement Transversale haute Baisse de 14 % Au niveau de la contrainte de cisaillement et de la déformation en cisaillement Verticale haute Diminution de l orniérage 5.5 Millions à 7.2 Millions pour une déformation permante de 15 mm

32 Analyse sur l ensemble de la structure de chaussée Prise encompte del ensemble lensemble desendommagements endommagements pourdéfinir unratio combiné des dommages. Fissuration Fatigue Fissuration surface Orniérage primaire Orniérage secondaire Détermination de l ensemble de ces ratios pour plusieurs conditions d utilisation Comportement proche de la surface fortement influencé par les températures de l enrobé bitumineux ( T chaude, T modérée et T froide)

33 Modélisation Visco-élastique proche de la surface Structure de 130 mm d épaisseur, chargement de 6.5 tonnes, pression de 120 Psi 20 C 40 C Déformationverticale prochedela surface.

34 Conclusion: Séminaire de doctorat I Do octorat L ensemble des cas d étude Les deux types d instrumentation et leur validation Caractérisation ti des déformations à différents niveaux de la structure t Les différences significatives entre les deux types de pneu Analyse de l endommagement en bas de la couche de roulement et dans les premiers cm de la structure pour nos cas d étude (chaud et tempéré) :Séminaire de doctorat II Analyse de l endommagement relatif entre les deux types de pneu Soutenance de thèse

35 Merci de votre attention