Apport de la viscoélasticité dans l’analyse dynamique des essais au Heavy Weight Deflectometer - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2020

Benefits of linear viscoelasticity for the dynamic analysis of Heavy Weight Deflectometer tests

Apport de la viscoélasticité dans l’analyse dynamique des essais au Heavy Weight Deflectometer

Résumé

The Heavy or Falling Weight Deflectometer (F/HWD) is a non-destructive pavement assessment device. The F/HWD test is based on the measurement of the deflection generated by an impulse loading. F/HWD tests are generally analysed by inverse analysis methods, the purpose of which is to determine the mechanical properties of the pavement layers. These methods are based on the search of mechanical properties for which the deflections calculated using numerical models are comparable to the deflections measured in situ. Despite its widespread use on road and airport pavements, it turns out that the data from this test are often interpreted within a questionable background because the elastostatic method commonly used does not consider dynamic effects and limits the behaviour of bituminous materials to linear elasticity. This work, in the framework of a cooperation between the Civil Aviation Technical Centre (STAC) and the Laboratory of Tribology and Systems Dynamics (LTDS) has the main objective to study the analysis methods of the F/HWD test data by including the dynamic effects and the linear viscoelastic properties of bituminous materials. During this work, the F/HWD devices has been studied with external sensors. Then, two numerical methods for simulating the F/HWD test were set up: the Finite Element Method in time domain and the Spectral Element Method in frequency domain. These two tools allow the calculation of the pavement response under F/HWD impulse loading according to several hypotheses of equilibrium (quasi-static and dynamic) and behaviour of bituminous materials (linear elastic and linear viscoelastic). Finally, a dynamic viscoelastic inverse analysis method is proposed. After having been verified and evaluated, it is applied to HWD tests carried out on the STAC test facility at several pavement temperatures between 0°C and 30°C. The results are compared with those obtained by the classical elastostatic and elastodynamic methods. The linear viscoelastic properties deduced from the HWD tests are also compared to the results of complex modulus tests on the materials of the test facility carried out in the ENTPE laboratory.
Le Heavy ou Falling Weight Deflectometer (F/HWD), est un appareil d’auscultation non destructive des chaussées basé sur la mesure de la déflexion engendrée par un chargement impulsionnel. Les essais F/HWD sont généralement exploités par des méthodes d’analyse inverse, dont le but est de déterminer les propriétés mécaniques des couches de chaussée. Ces méthodes consistent en la recherche du jeu de propriétés mécaniques pour lequel les déflexions calculées à l’aide de modèles numériques sont comparables aux déflexions mesurées in situ. Malgré son utilisation très répandue sur chaussées routières et aéroportuaires, il s’avère que les données de cet essai sont souvent interprétées dans un cadre d’hypothèses discutable car la méthode élastostatique couramment utilisée ne prend pas en compte les effets dynamiques et limite le comportement des matériaux bitumineux à l’élasticité linéaire. Ce travail, dans le cadre d’une coopération entre le Service Technique de l’Aviation Civile (STAC) et le Laboratoire de Tribologie et de Dynamique des Systèmes (LTDS) a pour objectif principal d’étudier les méthodes d’analyse de l’essai F/HWD en incluant les effets dynamiques et les propriétés viscoélastiques linéaires des matériaux bitumineux. Au cours des travaux entrepris, le fonctionnement de l’appareil F/HWD a été analysé grâce à des systèmes d’instrumentation externes. Puis deux méthodes de simulation de l’essai F/HWD ont été développées : la Méthode des Eléments Finis dans le domaine temporel et la Méthode des Eléments Spectraux dans le domaine fréquentiel. Ces deux outils permettent le calcul de la réponse d’une chaussée sous un chargement impulsionnel de type F/HWD selon plusieurs hypothèses d’équilibre (quasi-statique et dynamique) et de comportement des matériaux bitumineux (élastique linéaire et viscoélastique linéaire). Enfin, une méthode d’analyse inverse viscoélastique dynamique est proposée. Après avoir été vérifiée et évaluée, elle est appliquée à des essais HWD réalisés sur la planche expérimentale du STAC à différentes températures entre 0°C et 30°C. Les propriétés viscoélastiques linéaires déduites des essais HWD sont également comparées aux résultats d’essais de module complexe sur les matériaux de la même planche réalisés au laboratoire de l’ENTPE.
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Roussel_PhD_thesis_2020.pdf (22.3 Mo) Télécharger le fichier
Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03232608 , version 1 (21-05-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03232608 , version 1

Citer

Jean-Marie Roussel. Apport de la viscoélasticité dans l’analyse dynamique des essais au Heavy Weight Deflectometer. Mécanique des matériaux [physics.class-ph]. Université de Lyon, 2020. Français. ⟨NNT : 2020LYSET015⟩. ⟨tel-03232608⟩
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