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SYNTHÈSE DES OUTILS DE MODÉLISATION DE CHAUSSÉES

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1. chelle d une chauss e permettra d aborder des probl matiques suivant de nouveaux points de vue comme par exemple la distribution spatiale des dommages dans les bandes de roulement et l effet des multipics Il serait possible de reproduire les algorithmes de CESAR dans CASTEM et vice versa Par exemple le mod le de rigidit non lin aire de Boyce a t adapt CASTEM par Allou 2003 vi Priorit s court terme V rifier la pr cision du mod le pour diff rentes tailles d prouvettes et diff rents m langes bitumineux V rifier notamment la pertinence du mod le appliqu l essai MEFISTO du Laboratoire R gional d Autun R aliser des calculs l chelle d une chauss e et comparer les r sultats avec des essais man ge 15 3 4 CESAR LCPC modules standards LINE TACT DYNI i Description CESAR LCPC est un progiciel g n ral de calcul fond sur la m thode des l ments finis et adapt la r solution des probl mes du G nie civil et de l Environnement calcul de structures m canique des sols et des roches thermique hydrog ologie b ton au jeune ge etc Diff rents modules de calculs y sont greff s et peuvent s utiliser en fonction des besoins Les modules LINE TACT DECO et DYNI sont entre autres applicables aux structures de chauss es Il y a aussi les modules CVCR et ORNI qui font l objet d une fiche s par e Le module LINE permet les calculs de milieux continu
2. Modeling of stresses for cracking in pavements 5 International CROW workshop 31 mars 2 April Istanbul Turkey Chabot A Tran Q D Ehrlacher A 2005 A simplified modeling for cracked pavements Mod le simplifi pour le calcul des chauss es Bulletin des Laboratoires des Ponts et chauss es 258 259 105 120 Chabot A Tran Q D Pouteau B 2004 Simplified modeling of a cracked composite pavement First International Conference on Failure Analysis 12 14 juillet Lisbonne Portugal Chabot A Pouteau B Balay J M De Larrard F 2008 Fabac Accelerated Loading Test of Bound Bitumen Cement Overlay and Asphalt Layers Sixth International Rilem Conf on Cracking in Pavements June 16 18 Chicago U S Chabot A Tran Q D Ehrlacher A 2007 A modeling to understand where a vertical crak can propagate in pavements International Conference on Advanced Characterization of Pavement and Soil Engineering Materials 20 22 June Athens Greece Taylor amp Francis Group London ISBN 978 0 415 44882 6 1 43 1 440 Guillo C 2004 Validations par l ments finis d un mod le simplifi pour l tude de d collement l interface d un multicouche de chauss e Rapport de stage de DESS de l Universit de Nantes Le Corvec M 2008 Simulation des effets du retrait de b ton de ciment sur la flexion de bicouches de chauss es fissur es Stage de Master en analyse num rique 2 ann e de l
3. LCP C Laboratoire Central Transports des Ponts et Chauss es Qu b ec Direction du Laboratoire des Chauss es SYNTH SE DES OUTILS DE MOD LISATION DE CHAUSS ES ACTUELLEMENT DISPONIBLES AU LCPC Op ration de recherche 11P063 Outils avanc s de calcul et de dimensionnement des structures de chauss es Par Denis ST LAURENT ing Division Structures et Mat riaux pour les Infrastructures de Transport SMIT Le 5 juin 2008 LCPC Etablissement Public national caract re Scientifique et Technologique Paris 58 boulevard Lefebvre 75732 Paris cedex 15 Nantes Route de Bouaye BP 4129 44341 Bouguenais cedex Marne la Vall e LMSGC Cit Descartes Parc Club de la Haute Maison 2 all e Kepler 77420 Champs sur Marne Satory LIVIC Batiment 140 13 route de la Mini re Satory 78000 Versailles Internet www lcpc fr AVANT PROPOS Ce document a t pr par la demande de Chantal de La Roche au cours de mon s jour la division SMIT du centre LCPC de Nantes dans le cadre du programme franco qu b cois d change de fonctionnaires Il convient de mentionner que j ai fait l exercice en tant qu observateur et utilisateur n tant l auteur d aucun des outils qui y sont d crits Ce rapport a t r dig sur la foi des renseignements communiqu s par leurs auteurs respectifs Les avis mis refl tent ma compr hension construite partir des informations re ues ainsi que mon con
4. ALAM S Y et F Hammoum 2007 D termination des propri t s m caniques d enrob s bitumineux partir des caract ristiques des constituants Rapport de stage Master Universit de Marne la Vall e LCPC Hammoum F L enrob bitumineux l chelle granulaire observations et caract risation en volume Hammoum F et C de la Roche Pr diction des modules effectifs des Enrobes bitumineux Hammoum F C de la Roche et C Boutin Pr diction du module complexe de l enrob passage micro macro VISCOANALYSE E Chailleux Note d utilisation de l application logicielle visco analyse outil disponible sur internet www lcpc fr fr produits viscoanalyse index dml Laboratoire Central des Ponts et Chauss es Centre de Nantes 1 juin 2007 E Chailleux C Such G Ramond and C de La Roche A mathematical based master curve construction method applied to complex modulus of bituminous materials Road Material and Pavement Design 7 Special Issue 2006 Voir aussi la bibliographie de MODELISATION VISCOELASTIQUE VISCOROUTE Chabot A Piau J M 2001 Calcul semi analytique d un massif visco lastique soumis une charge roulante rectangulaire poster 1 re Conf rence Internationale Albert Caquot 3 5 Octobre Paris Chabot A Tamagny P Duhamel D Poch D 2006 Visco elastic modeling for asphalt pavements software ViscoRoute 10 International Conference on Asphalt P
5. Mamm pa Black et tu Carman dure caste mabesie Fen tre principale de Viscoanalyse aug F Es 100000 Master Res ee ooo tin ozs F des Opa sengien an wa lines Fh Ont posent D F iea I huetmodi TE Piw 00672 rem ma 7 s LCPC e JE ATRA Fen tre de calibration des mod les visco lastiques 05 06 2008
6. algorithme it ratif L approche ne peut tre qu approximative puisqu elle ne tient compte que des variations de modules se produisant le long de l axe vertical voir la Figure 3 pour un exemple de calcul plus complet incluant les variations verticales et horizontales Elle pourrait par contre constituer une am lioration par rapport la r gle de subdivision des couches actuellement retenue dans le Guide technique Conception et dimensionnement des structures de chauss es SETRA LCPC 1994 ii Environnement informatique Il s agit d un prototype d velopp en Fortran autour d un ancien ex cutable d ALIZ en version DOS Il existe aussi un algorithme similaire int gr dans la version recherche d ALIZE LCPC iii Validation Le premier prototype utilise le mod le de Boyce et ne converge pas de fa on stable ou satisfaisante Il n a jamais t compl t sous une forme finalis e Un algorithme similaire a aussi t implant dans la version recherche d ALIZ pour Windows Il utilise le mod le K theta et semble converger plus rapidement mais il aurait aussi besoin d un travail de consolidation et de validation Le projet a t suspendu pendant un certain temps en partie cause de l absence de valeurs de r f rence Le module CVCR de CESAR donnera acc s de nouveaux avancements en permettant l tablissement de valeurs de r f rences J ai fait des tentatives avec ma propre version exp rimentale
7. mieux comprendre la description individuelle des logiciels effectu e dans la section 3 de m me que certains des enjeux qui y sont li s sp cifiquement La conclusion r sume les perspectives de fa on g n rale Les fiches individuelles produites par leurs auteurs sont jointes en annexe lorsque disponibles Les guides rapports et publications plus d taill s sont list s la fin du document pour fins de r f rence Tableau 1 Logiciels de calcul structurels synth se des sp cificit s ni 3 u A 9 16 SEE ZA 8 l S 2 18 126 amp 182 g 5 BE amp 46 z a CESAR LCPC Charge statique essai de plaque ou Benkelman X X X Charge roulante camion lourd X 3D 3D Charge transitoire essai FWD X Charge empreinte circulaire X 602 X 2D 2D 2D Charge empreinte rectangulaire a X X 3D 3D 3D Charge empreinte elliptique v2 Charge empreintes multiples X IDI X 3D 3D 3D Charge avec composantes horizontales p X X X X X Charge avec pression non uniforme a V3 X X X X Contrainte de retrait thermique X X X X Structure repr sent e en 2D axisym trique X X X Structure repr sent e en 3D X X X X X Structure sur massif uniforme semi infini simplification th orique X X X Structure horizontalement uniforme et infinie simplification th orique X X Structure avec discontinuit s joints fissures X X X X Structure g om t
8. voisinage de fissures est particuli rement int ressante pour les tudes concernant l entretien de chauss es existantes Il est noter que le module DECO implant dans CESAR LCPC repose sur le m me type d approche en tant bas toutefois sur les l ments de plaque plus classiques d j introduits dans CESAR vi Priorit s court terme Le d veloppement de ce mod le doit tre plut t vu sur le moyen et long terme en vue de cheminer vers un outil applicable Il peut entretemps servir des fins de recherche l int rieur de la division 21 3 8 LICESAR i Description LICESAR est un utilitaire de pr et post traitement sp cialement adapt pour faciliter les calculs de m canique des chauss es avec le syst me CESAR LCPC De nombreuses structures de chauss e continues discontinues ou sp ciales pr sentent une g om trie simple que l on d crit avantageusement dans un premier temps dans LICESAR sous forme topologique sans faire appel aux v ritables coordonn es partir d un assemblage de couches d limit es par des rectangles en 2D ou par des parall l pip des rectangles en 3D Ceci permet de s assurer par exemple de la pr sence dans le maillage de joints ou fissures de faibles paisseurs comparativement aux l ments adjacents ou d introduire ais ment des relations lin aires entre des n uds g om triquement tr s voisins mais non confondus A partir de l il n est pas tou
9. 30 10 01 Heck J V Piau J M Gramsammer J C Kerzreho J P Od on H 1998 Thermo visco elastic modelling of pavements behaviour and comparison with experimental data from the LCPC test track Proc 5 Conference on Bearing Capacity of Roads and Airfields Trondheim Norway July 1998 Hicks R G Monismith C L 1972 Prediction of the resilient response of pavements containing granular layers using non linear elastic theory Proceedings of 3 Int Conference on Asphalt Pavements voll pp 410 429 29 Hornych P Kazai A Piau J M 1998 Study of the resilient behaviour of unbound granular materials proceedings 5 Conference on Bearing Capacity of Roads and Airfields Trondheim Norv ge Juillet 1998 Nguyen V T P Hornych D Bodin J M Piau et D St Laurent 2008 CESAR LCPC version Recherche Cahier de d veloppement Le module de calcul CVCR Laboratoire Central des Ponts et Chauss es Voir bibliographie de MOD LISATION NON LINEAIRE et MOD LISATION VISCO LASTIQUE CESAR LCPC module ORNI Chazallon C 2000 An lastoplastic model with kinematic hardening for unbound aggregates in roads UNBAR 5 Conference Nottingham 21 23 June pp 265 270 Chazallon C T Habiballah P Hornych 2002 Elastoplasticity framework for incremental or simplified methods for unbound granular materials for roads BCRA workshop on modelling of flexible pavements Lisbon June 2002 EI Abd Absamad 2006
10. ALIZE ou CESAR ORNI Des travaux de recherches sont aussi requis concernant d autres modes d endommagement tels que par exemple la fissuration du haut vers le bas les fissurations de retrait de thermique ou hydrique la remont e des fissures les effets de l eau combin e aux charges et la d t rioration des fissures existantes Il y a sans doute galement un effort important faire vis vis de l entretien de la r paration du renforcement des chauss es existantes Ceci suppose de savoir reconna tre mesurer et d crire l tat d une chauss e d grad e et de savoir pr coniser en cons quence les modes d intervention possibles et pr voir leur nouvelle dur e de vie Ceci repr sente d autres avenues de recherche pour les outils d auscultation de diagnostic et de mod lisation 11 3 Description des outils Les logiciels sont d crits bri vement sous la forme de fiches descriptives class es par ordre alphab tique Chaque fiche pr sente une description de l outil ainsi que des renseignements sur l environnement informatique les travaux de validation l emplacement ou disponibilit de m me que sur les perspectives et priorit s d avancement Les perspectives et pr conisations sont mises titre indicatif sans engager ou se substituer aux priorit s projet s en d finitive par les auteurs responsables de ces d veloppements Le Tableau 2 positionne ces outils selon leur ordre logique d interven
11. D veloppement d une m thode de pr diction des d formations de surface des chauss es assises non trait es th se de doctorat de m canique Universit de Bordeau Gidel G 2001 Comportement et valorisation des graves non trait s calcaires utilis s pour les assises de chauss es souples Th se de doctorat Universit Bordeaux I Gidel G P Hornych J J Chauvin D Breysse A Denis 2001 Nouvelle approche pour l tude des d formations permanentes des graves non trait es l appareil triaxial chargements r p t s Bulletin des LPC n 233 pp 5 21 Hornych P et A El Abd 2006 Development and validation of a method of prediction of structural rutting of unbound pavement layers Work package 5 Performance based specifications SAMARIS Sustainable and Advances Materials for Road Infrastructure Competitive and Sustainable Growth Programme Document number SAM 05 DE27 94 pages 5 janvier 2006 Hornych P J F Cort J L Paute 1993 tude des d formations permanentes sous chargement r p t s de trois graves non trait es Bulletin LPC n 184 pp 45 55 Hornych P A Karzai A Quibel 2000 Modelling a full scale experiment on two flexible pavements with unbound granular bases UNBAR 5 Intl Symposium on unbound aggregates in roads Nottingham pp 359 367 Hornych P A Karzai J M Piau 1998 Study of the resilient behaviour of unbound granular materials 5 Conference on bearin
12. agit d un domaine de recherche actuel Les calculs de chauss e rigide sont effectu s en tenant compte des charges de trafic du poids propre des dalles de b ton et des conditions de gradient thermique l int rieur de celles ci Le calcul des effets de joint de dalles requiert des m thodes de calculs permettant la prise en compte de discontinuit s comme par exemple la m thode des l ments finis Le calcul des chauss es rigides peut ainsi se faire avec les modules TACT et DECO du progiciel CESAR LCPC modules TACT et DECO De tels outils permettent entre autres d tablir des facteurs de calage permettant des solutions analytico empiriques approch es ce qui se fait en pratique avec le logiciel ALIZ LCPC Le projet FISSUROUTE pourrait par ailleurs conduire vers des solutions analytiques 2 2 4 Autres conditions affectant le comportement r versible Les effets du vieillissement de la fatigue et des alt rations par l eau et par les cycles de gel et de d gel ne sont pas pris en compte dans les calculs de dimensionnement actuels Beaucoup de travaux de recherche restent faire pour atteindre ce stade L utilisation de mod les int grant les conditions hydriques serait plus complexe et se heurterait la difficult de pr dire les migrations d eau dans les chauss es Il existe des mod les de drainage et CESAR traite de certains probl mes de milieux non satur s ex module NSAT bas sur les quations de Richards qui ont parfoi
13. alisation du calcul dans le rep re de la charge roulante d termination du r gime pseudo permanent et oblige respecter un certain nombre de r gles telles que par exemple une mod lisation tridimensionnelle et l uniformit de la structure dans le sens de passage de la charge Le module standard LINE peut faire les m mes calculs que CVCR s il n y a aucun l ment visco lastique et aucun l ment non lin aire ii Environnement informatique Le module CVCR est programm en Fortran l int rieur de la plateforme de d veloppement de CESAR LCPC Son utilisation requiert une interface telle que CLEO MAX PEG ou LICESAR II n est pas encore parfaitement int gr ces interfaces puisque sont int gration dans la version Expert n est pas compl t L exploitation est pour le moment compliqu e du fait que le pr et post traitement impliquent l alternance entre des outils Windows CLEO LICESAR et Unix 32 bits LICESAR pendant que l ex cutable ne se compile que sous Linux 64 bits CESARDEV iii Validation Le module CVCR a t valid sur le plan num rique et dans le domaine d emploi visco lastique par comparaison avec diverses solutions analytiques et semi analytiques notamment avec le logiciel VISCOROUTE Le comportement en lasticit lin aire et non lin aire a t valid partir de la simulation d essais triaxiaux homog nes Le module CVCR a par ailleurs t appliqu divers cas op ration
14. chantillons et configurations d essais de fatigue traction compression flexion 4 points poutre trap zo dale Il fourni l endommagement sur tous les l ments du maillage ce qui donne une image de la r partition spatiale de l endommagement La capacit de bien g rer les effets d chelle alimente la perspective d applications int ressantes pour des chauss es en vrai grandeur ii Environnement informatique Le programme est crit en FORTRAN et en GIBIANE un langage sp cifique CAST3M Des applications sp cifiques sont faites l aide de SCILAB iii Validation Le mod le a t initialement d velopp et valid dans les travaux de th se de Didier Bodin Des d veloppements additionnels suivent avec entre autres les travaux de Rami Chkir Un autre stage supervis par Didier Bodin est en cours pour effectuer des premiers tests de calculs l chelle d une structure de chauss e iv Emplacement Le mod le de fatigue est d velopp par Didier Bodin Le logiciel CASTEM est diffus avec les sources sur internet http www cast3m cea fr par le CEA Le mod le de fatigue FatSin devrait en faire partie partir de la version 2008 v Perspectives Il s agit d un outil pour le moment d di la recherche Il sert mieux comprendre les m canismes de fissuration par fatigue Cela ouvre des perspectives pour l am lioration des essais de fatigue ainsi que leur interpr tation L application l
15. crite sous Excel autour du noyau de calcul open source LEAF de la FAA J ai prouv des probl mes de stabilit des it rations et il semble priori qu une asymptote dans le mod le de Boyce y soit pour quelque chose Cet aspect fait l objet de questionnements en ce moment iv Emplacement Un version des sources du premier prototype d velopp es au cours d un stage Abdelah Kazai supervis par Jean Michel Piau se trouve sur la plate forme Unix dans msc jmpiau cesar develop Kazai Zephe tempo brieuc Le d veloppement dans ALIZ LCPC Routes version Windows est g r par Jean Maurice Balay v Perspectives L approche est potentiellement int ressante quoiqu approximative Son int r t se situe principalement pour des applications en bureau d tude n cessitant des outils simples et rapides d utilisation La vitesse de calcul des l ments finis CESAR CVCR est suffisante pour viter l approximation ZEPHYR lors d un calcul 2D axisym trique essai de plaque ou FWD On ressent toutefois le besoin d une solution acc l r e pour les calculs de dimensionnement impliquant des pneus jumel s ou essieux multiples m me si c est en sacrifiant une partie de l exactitude du calcul 3D L approche ZEPHYR pourrait ventuellement r pondre ce besoin moyennant des efforts additionnels Voir la section 2 2 2 pour d autres commentaires sur les enjeux de la non lin arit 26 vi Priorit s court te
16. et les nombreux menus d aide qu il comporte la rendent particuli rement adapt e l tude de projets en bureau d tudes et galement a des actions de recherche et d enseignement Le logiciel permet la simulation et le dimensionnement des structures routi res et autorouti res et il s applique galement aux chauss es sp ciales comme celles r serv es la circulation de v hicules exceptionnels d engins industriels ou portuaires aux chauss es a ronautiques etc ALIZE LCPC Routes int grera premier semestre 2005 le module Gelid Routes pour la v rification au gel d gel des chauss es selon la d marche compl te LCPC SETRA Le logiciel propose en particulier les possibilit s suivantes e Saisie gestion simple et fonctionnelle des donn es pour les calculs structures de chauss e chargements simples multi roues multi essieux ou bogies conditions thermiques pour les v rifications au gel d gel Module de calcul des valeurs de sollicitations admissibles Biblioth que des mat riaux de chauss es conformes aux normes routi res et biblioth que personnalis e de mat riaux Encha nement automatique des variantes de structures variations des paisseurs ou des modules des couches Visualisation possible des r sultats de calcul suivant des profils ou des cartes tri dimensionnelle Rappels des hypoth ses et des sp cifications de la m thode rationnelle de dimensionnement LCPC SETRA classes et agressi
17. le r pertoire R commun Informatique Logiciels Predicta y Perspectives Cet outil ouvre un passage entre la formulation du m lange et la performance structurelle sur chauss e Il est int ressant pour la pr diction de performance des enrob s dans un calcul de structure de chauss e m me si les intrants requis ne sont pas toujours disponibles en pratique Il cadre bien avec les orientations de recherche de la division dans le domaine de la visco lasticit Voir la section 2 2 1 pour d autres commentaires sur les enjeux de la visco lasticit La validation pourra se poursuivre l usage Il serait int ressant de le v rifier avec des enrob s du Qu bec o les bitumes sont sensiblement plus mous vi Priorit s court terme Peaufiner l interface utilisateur pour le rendre un peu plus ergonomique ce qui pourrait vraisemblablement se faire en quelques jours Ecrire un manuel d utilisation et qualifier l outil pour le rendre disponible 23 3 10 VISCOANALYSE i Description VISCOANALYSE est un outil qui permet de visualiser des mesures de module complexe d interpr ter les donn es en terme de temp rature d isomodule et d isoangle de construire des courbes ma tresses et finalement de calibrer des mod les analogiques Huet Huet Sayegh 2S2P1D Il s applique aussi bien aux liants bitumineux qu aux enrob s Il ne s agit pas d un logiciel de calcul de structures puisqu il s utilise au niveau de l interpr t
18. mesures r elles Ces ajouts sont en voie d tre faits par Olivier Chupin pr sentement au SMIT Voir la section 2 2 1 pour d autres commentaires sur les enjeux de la visco lasticit La vitesse d ex cution de cet outil lorsque la transform e inverse de Fourrier ne pose pas de probl me le rend potentiellement int ressant pour des applications de type bureau d tude Il pourrait terme cohabiter avec la solution lastique de Burmister ou m me la remplacer l int rieur d un outil complet comme ALIZ Ceci impliquerait probablement un nouvel talonnage de la m thode de dimensionnement vi Priorit s court terme V rifier la validit num rique des r sultats obtenus en bord de charge pr s de la surface Am liorer l algorithme d int gration num rique pour assurer la convergence en tout temps Qualifier l outil pour mettre une version disposition de tous S exercer son usage Chercher et proposer des crit res pour le dimensionnement 25 3 12 Z PHYR ALIZ i Description Z PHYR est le r sultat d un projet d adaptation de la th orie des couches lastiques pour introduire la prise en compte de l lasticit non lin aire lors du calcul rapide des structures de chauss es L id e consiste subdiviser les couches non lin aires en sous couches lastiques et d terminer le module d lasticit en accord avec le mod le rh ologique choisi Boyce K theta l aide d un
19. une application clavier de style DOS L exploitation des r sultats sous forme graphique requiert encore l usage d outils d appoints tels que PEG CLEO SCILAB EXCEL ou autre ce qui repr sente le principal handicap Ce handicap est compens par la possibilit d appeler le logiciel avec des fichiers de dialogue fichiers donli Un utilisateur averti peut utiliser cette particularit pour fabriquer ses propres routines d ex cution L avenir de LICESAR n est pas clairement d fini autrement que dans son contexte d utilisation actuel Une r flexion s impose pour d terminer le sort qu il m rite Il reste difficilement contournable lorsqu on le conna t bien consid rant les gains de temps appr ciables pour produire le maillage d une chauss e Il r pond un besoin r el qui n est pas autrement combl pour les applications chauss es avec CESAR Son abandon serait dommage sans la mise au point d une autre interface d di e aux chauss es vi Priorit s court terme crire un manuel d utilisation avec exemples d utilisation pour le rendre davantage communicable Finaliser certains petits d tails comme par exemple l int gration des particularit s du module CVCR Ajouter le support des formats de fichiers RSV4 version 4 pour compatibilit avec CL O La division SMIT devrait s interroger sur l int gration de cet outil au sein d une plate forme de calcul et de mise en donn es des probl mes d
20. v Perspectives Le module a ronautique trace une voie qui pourrait influencer l volution de la m thode de calcul des chauss es routi res histogrammes de temp ratures et cumul de dommages Les applications routi res et a ronautiques sont tr s similaires du point de vue de la m canique fondamentale vi priorit s court terme La consolidation et validation de l outil de calcul de d orni rage et du crit re de calcul d endommagement multipic figurent parmi les priorit s les plus visibles pour atteindre une version finalis e 14 3 3 CASTEM implantation d un mod le de fatigue dans i Description Un mod le d endommagement non local isotrope a t implant en 3D dans le code d l ments finis CAST3M du Commissariat l nergie atomique CEA Il s agit d une loi originale trois phases propos e en r ponse aux lacunes de la m thode classique bas e sur les courbes de Wohler Le nouveau mod le vite les difficult s li es au calcul local plus compliqu gr ce l introduction d un param tre de longueur interne suppos intrins que au m lange bitumineux et ind pendant du volume de mat riau sollicit Ce mod le permet de reproduire l volution de rigidit d une prouvette soumise un essai de fatigue contrainte ou d formation contr l e jusqu l initiation de la rupture macroscopique incluant la phase de r chauffement initiale et incluant diverses tailles d
21. 04 Chabot et al 2008 et de remont e de fissure dans les couches de b ton bitumineux sont actuellement interpr t s Le mod le est galement exploit en recherche pour la compr hension de m canismes de fissuration dans les coins de dalle en b ton de ciment mince coll BCMC La num risation du mod le M4 5nB sous la forme d un outil tournant sur PC n est pas encore faite iv Emplacement Le projet est en cours de d veloppement sous la supervision d Armelle Chabot dans le cadre de l op ration Fondephy 11P065 Il y a eu des publications mais il s agit encore en ce moment d un projet qui est au stade de concept th orique et analytique Il n a pas t possible d en obtenir un exemplaire l outil num rique n tant pas jug assez avanc pour le moment v Perspectives Ce mod le permet d valuer les contraintes de cisaillement et d arrachement l interface entre deux couches de mat riaux au voisinage d une fissure verticale et d une interface de d collement Pour envisager des calculs de propagation de fissure sous chargement cyclique les temps de calcul doivent tre encore optimis s Pour mettre au point un premier outil de calcul rapide il est actuellement envisag de remplacer le massif de Boussinesq par un syst me de ressorts comme dans le mod le de Westergaard et de ne traiter que le cas de 2 3 couches de chauss e La perspective d arriver calculer des champs de contraintes au
22. 8 Etude du comportement r versible des graves non trait es application aux chauss es souples Th se de doctorat Laboratoire de G nie Civil de Nantes Saint Nazaire Universit de Nantes Voir aussi la bibliographie de CVCR MOD LISATION VISCO LASTIQUE De La Roche Saint Andr C 1996 Module de rigidit et comportement en fatigue des enrob s bitumineux Exp rimentations et nouvelles perspectives d analyses Th se de docteur Ecole Centrale de Paris Di Benedetto H De la Roche C Piau J M 2005 Mat riaux Routiers Bitumineux Volume 2 chapitre Propri t s et thermom caniques des m langes bitumineux 107 108 Hermes Sciences Publications Huet C 1963 Etude par une m thode d ind pendance du comportement visco lastique des mat riaux Hydrocarbon s Th se de docteur ing nieur Facult de Sciences de Paris Huet C 1999 Coupled size and boundary condition effects in viscoelastic heterogeneous and composite bodies Mechanics of Materials Volume 31 Elsevier 781 829 Sayegh G 1963 Variation des modules de quelques bitumes purs et b tons bitumineux Conf rence au Groupe Fran ais de Rh ologie 51 74 Sayegh G 1965 Contribution l tude des propri t s visco lastiques des bitumes purs et des b tons bitumineux Th se de docteur ing nieur Sorbonne France Voir aussi les bibliographies de PREDICTA VISCOANALYSE VISCOROUTE et CESAR CVCR 32 PREDICTA
23. E Fiches de pr sentation des logiciels ALIZ CESAR LCPC Mod le de fatigue dans CASTEM VISCOANALYSE 1 Introduction La division Structures et Mat riaux pour les Infrastructures de Transport SMIT utilise plusieurs de ses r sultats de recherche pour le d veloppement d outils destin s au dimensionnement et l analyse des chauss es Le pr sent document d crit les principaux logiciels actuels afin de fournir un portrait g n ral et un bilan factuel de ce qui est disponible ou en cours de d veloppement au sein de la division Les outils li s au dimensionnement et l analyse du comportement des chauss es et mat riaux de chauss es sont vari s en ce sens qu ils peuvent prendre la forme d quations courbes tableaux logiciels guides normes publications notes et logiciels refl tant l ensemble des connaissances acquises dans ce domaine sans oublier les divers appareils et m thodes de mesure d essai ou d auscultation destin s au laboratoire et au terrain Le Catalogue des structures type de chauss es neuves SETRA LCPC 1998 constitue l outil le plus utilis dans la pratique courante du dimensionnement tandis que le Guide technique Conception et dimensionnement des structures de chauss es SETRA LCPC 1994 en est la principale r f rence Le pr sent document se limite principalement aux logiciels de simulation se situant un peu plus en amont de la cha ne et sp cifiquement destin s au calcul des st
24. Le progiciel CESAR LCPC LOPO A voir aussi Le progiciel CESAR LCPC Le progiciel CESAR LCPC Les logiciels CLEO2D et CLEO3D Le solveur CESAR Les programmes utilitaires D veloppement du progiciel Pr sentation g n rale La biblioth que des jeux de donn es La mod lisation en G nie civil aide l ing nieur comprendre et ma triser des ph nom nes complexes mod les explicatifs concevoir et dimensionner ses ouvrages mod les pr dictifs apportant une aide la d cision Elle s appuie sur l analyse des ph nom nes et leur repr sentation physico math matique sur la r solution num rique des quations correspondantes et sur la confrontation avec l exp rience Le Laboratoire Central des Ponts et Chauss es LCPC s est engag dans ce domaine la fin des ann es 1960 et depuis une vingtaine d ann es il capitalise son effort de mod lisation par le d veloppement du progiciel CESAR LCPC Figure 1 Exemple de mod lisation Passerelle pour pi ton demi ouvrage Cr dit PFE ENPC 1997 http www lcpc fr fr produits cesar presentation index 1 dml 05 06 2008 Page 2 sur 4 du emes 05 06 2008 LCPC Produits CESAR Pr sentation Le progiciel CESAR LCPC ts finis et adapt la r solution des probl des sols et des roches thermique hydrog ologie etc So AU NN ES Na 8 Pah D S A J URSS 8 3 ji E s s cu r im E RA
25. RA ATTAN ANNAA 2 E ANA SE Su FANS s AY Un SSSR ATEN sg D yi RRAIN 58 Ih 4 SENS AA HANNA D t ANN AYTTA o QN SSSR SO ai X f 5 3 on RUN RNA 9 ANA S AN KL HN 3 Y AN S RAS SO Q Figure 2 Exemple de mod lisation Centrale nucl aire et sa fondation Cr dit LCPC pour EDF G nie civil et de l Environnement calcul de structures CESAR LCPC est un progiciel g Figure 3 Exemple de mod lisation Pont Mirabeau sur la Durance Cr dit LCPC pour DDE 13 http www lcpc fr fr produits cesar presentation index1 dml LCPC Produits CESAR Pr sentation Le progiciel CESAR LCPC Page 3 sur 4 Le d veloppement de CESAR LCPC a d but au d but des ann es 1980 et ce progiciel a d finitivement succ d au syst me ROSALIE d velopp au LCPC de 1968 1983 lorsqu a commenc la diffusion de la version 2 0 partir de 1986 CESAR LCPC est un progiciel en constante volution car il est un outil de recherche et de d veloppement propre au R seau des Laboratoires des Ponts et Chauss es LPC et ses partenaires C est galement un progiciel vocation industrielle et la version Standard est utilis e dans le R seau scientifique et technique du Minist re charg de l quipement France et dans de nombreux bureaux d tudes Sa derni re volution a eu pour objectif d en faire un produit parfaitement industrialis l ergonomie conforme l tat de l art et aux foncti
26. Senti A Chabot A 2007 Post traitement Shannon des courbes Viscoroute vl diffusable programmation SCILAB Senti A 2007 Application et d veloppement du logiciel ViscoRoute v2 pour l tude des 33 multicharges sur chauss es bitumineuses Rapport de stage de Master 2 G nie m canique LCPC Universit d Evry VISCOROUTE DOCUMENTS NON DISPONIBLES Chabot A 2000 Introduction de la visco lasticit dans un mod le de multicouche de chauss e Rapport de recherche de DMSC CCGR LCPC mars 2000 Duhamel D Chabot A Harfouche L Tamagny P 2004 Viscoroute v1 logiciel de calcul de chauss es visco lastiques Programmation en C et interface en Visual Basic Letribroche E 2001 Analyse semi analytique des champs de contraintes dans une chauss e lastique soumise une charge roulante Application vers la visco lasticit Stage de ma trise de m canique de l Universit Nantes Leventic P 2002 Charge harmonique mobile sur un demi espace thermo visco lastique stratifi Le mod le Huet amp Sayegh Rapport de stage de DEA Dynamique des structures et Syst mes Coupl s de ENPC Universit Marne la Vall e Nuyen T Duhamel D Chabot A Tamagny P 2006 Viscoroute v2 logiciel de calcul de chauss es visco lastiques Programmation en C et interface en Python 34 ANNEXE Fiches de pr sentation des logiciels 35 Pr sentation Recherches Partenaires S
27. Universit de Nantes Pouteau B Chabot A De Larard F 2002 Etude en laboratoire du collage b ton mat riaux bitumineux Mat riaux 2002 21 25 octobre Tours Spillman N 2007 Analyse des contraintes de l essai M fisto l aide du M4 Sn Stage de Master en analyse num rique 2 ann e de l Universit de Nantes Tran Q D Chabot A Ehrlacher A Tamagny P 2003 Mod le simplifi pour le calcul de chauss es 16 Congr s Fran ais de M canique 1 3 Septembre Nice Tran Q D Chabot A Ehrlacher A Tamagny P 2004 A simplified modeling for cracking in pavements Proceedings of the Fifth International RILEM Conference Cracking in Pavements May 5 8 Limoges France 299 306 Tran Q D 30 septembre 2004 Mod le simplifi pour les chauss es fissur es multicouches Th se de l Ecole Nationale des Ponts et Chauss es FISSUROUTE DOCUMENTS NON DISPONIBLES Pouteau B Guillo C Chabot A 2004 Logiciel de calcul de bicouche d lamin Programmation sous MATLAB Spilman N Chabot A 2007 Calcul des contraintes proches des fissures de l essai Mefisto sym trique programmation SCILAB Tran Q D Chabot A Guillo C Ehrlacher A 2004 Fissuroute v1 logiciel de calcul de chauss es bicouches fissur e verticalement dans l paisseur de la 1 couche Programmation sous MATLAB 31 MOD LISATION DE LA FATIGUE Bodin D 2002 Mod le d endommagement cyclique Appli
28. ation d essais de laboratoire et d identification de param tres de lois de comportement pr d termin es Il a t jug pertinent de le mentionner puisqu il permet en amont de d terminer les param tres de la loi visco lastique de Huet Sayegh pour les enrob s Rappelons que cette loi est utilis e dans VISCOROUTE et CVCR ii Environnement informatique VISCOANALYSE est d velopp sous Windows dans le syst me MATLAB iii Validation Il n y a pas de publication ce sujet mais le logiciel a t qualifi pour distribution sur le site Internet du LCPC iv Emplacement Le logiciel est d velopp et g r par Emmanuel Chailleux L ex cutable est distribu ceux qui remplissent un formulaire de demande sur le site Internet du LCPC http www lcpc fr fr produits viscoanalyse index dml Une version de l ex cutable se trouve sur le R commun Informatique Logiciels Viscoanalyse y Perspectives Il s agit d un utilitaire int ressant pour la caract risation des enrob s pr alable aux calculs de dimensionnement Il cadre bien avec les orientations de recherche actuelles dans le domaine de la visco lasticit Voir la section 2 2 1 pour d autres commentaires sur les enjeux de la visco lasticit vi Priorit s court terme Publier un article de r f rence et faire conna tre l outil 24 3 11 VISCOROUTE i Description Le logiciel VISCOROUTE permet de calculer de mani re semi analytique
29. ation des enrob s sont videmment majeurs Le ph nom ne de fatigue est pr sentement tudi dans la Division avec diverses configurations d essais 10 combin s avec des calculs suivant un mod le de dommage non local dans un continuum lastique Ce dernier mod le a t implant par Didier Bodin dans le syst me d l ments finis CASTEM du Commissariat l nergie atomique CEA L application est open source et d di e la recherche e L orni rage est un probl me fondamentalement lastoplastique et d pend des mat riaux Il est pr sentement tudi dans la Division l aide d essais de d formations permanentes et d essais Man ge combin s des mod les lastoplastiques ou empiriques de seconde g n ration Un mod le de ce dernier type d di la recherche a t implant dans CESAR LCPC ORNI et ALIZ LCPC A ronautique La pr vision rationnelle de l orni rage avec int gration des tassements sur toute l paisseur des couches constitue un des d fis majeurs de la g otechnique routi re Il faut continuer consolider le passage labo terrain que permet aujourd hui la cha ne s quentielle suivante essais triaxiaux mod le rh ologique lastique non lin aire Boyce ou autre mod le rh ologique en d formation permanente Gidel lastoplastique Chazallon ou autre calculs des contraintes dans la chauss e avec ALIZE ou CESAR CVCR et finalement calcul d orni rage avec
30. ature et de la rigidit des mat riaux Cette rigidit est tr s variable et fait l objet de plusieurs sujets d tudes consid r s en m canique comme tant pr alables aux tudes d endommagement Tableau 2 Les mat riaux utilis s en France dans les chauss es sont num r s dans le guide de Conception et dimensionnement des structures de chauss es de 1994 et repris dans le logiciel ALIZ On retrouve principalement les b tons bitumineux ou hydrauliques ainsi que les mat riaux granulaires et sols naturels Le guide de dimensionnement contient par ailleurs une base de donn es des param tres forfaitaires utiliser dans les calculs ce qui repr sente une base de connaissances initiales pour un vaste ensemble de mat riaux Cette base de donn es est incluse dans le logiciel ALIZ Ces valeurs ont t d termin es essentiellement en vue d une repr sentation lastique lin aire isotrope soit la loi de Hooke caract ris e par un module d Young E et un coefficient de Poisson v Le comportement r el des mat riaux est toutefois plus complexe et les approches suivantes permettent de r aliser les simulations avec un r alisme accru 2 2 1 Rigidit thermo visco lastique E u pour les enrob s bitumineux La prise en compte de la visco lasticit permet de tenir compte des effets de vitesse et de d lai de r ponse dans un mat riau visco lastique Le retard de d formation se produisant dans les mat riaux bitumin
31. avements 12 17 August Qu bec Canada Duhamel D Chabot A Tamagny P Harfouche L 2005 Viscoroute Visco elastic modeling for asphalt pavements Viscoroute Mod lisation des chauss es bitumineuses Bulletin des Laboratoires des Ponts et chauss es 258 259 89 103 Duhamel D V H Nguyen A Chabot P Tamagny 2003a Mod lisation de chauss es visco lastiques 16 me Congr s Fran ais de M canique Nice France 1 3 Septembre 2003 Duhamel D V H Nguyen A Chabot P Tamagny 2003b Modelling of multilayer viscoelastic road structures under moving loads 9th International Conference on Civil and Structural Engineering Computing Amsterdam Netherlands 2 4 Septembre 2003 LCPC 2007 Guide d utilisation ViscoRoute vl Nguyen V H 2002 Comportement dynamique de structures non lin aires soumises des charges mobiles th se de doctorat ENPC France Voir aussi la bibliographie de MODELISATION VISCOELASTIQUE VISCOROUTE DOCUMENTS INTERNES Lohf A 2005 Evaluation de ViscoRoute VI pour l tude de quelques chauss es souples Rapport de stage de 5 ann e de l universit de Dresde option Chauss es et am nagement des villes LCPC Sept D c 2005 Poch D 2005 Validation et premi res applications de Viscoroute l tude des chauss es souples Stage de MASTER PRO 2 me ann e analyse num rique de l Universit de Nantes f vrier juin 2005
32. cation la fatigue des enrobes bitumineux Th se de Doctorat cole centrale de Nantes et Universit de Nantes Bodin D A Chabot C de La Roche et G Pijaudier Cabot 2003 Une nouvelle loi pour l endommagement par fatigue des enrob s bitumineux 16 Congr s Fran ais de M canique Nice 1 5 septembre 2003 Bodin D G Pijaudier Cabot C de La Roche J M Piau et A Chabot 2004 Continuum Damage Approach to Asphalt Concrete Fatigue Modeling Journal of Engineering Mechanics ASCE Juin 2004 pp 700 708 Bodin D de La Roche C Piau J M and Pijaudier Cabot G 2003 Prediction of the Intrinsic damage during bituminous mixes fatigue tests Int RILEM Symp on Performance Testing and Evaluation of Bituminous Materials Bodin D Pijaudier Cabot G de La Roche C and Chabot A 2002 A continuum damage approach of asphalt concrete fatigue tests Proc 15th ASCE Engineering Mechanics Conf Reston Va Breysse D de La Roche C Chauvin J J and Domec V 2002 Fatigue tests on bituminous composites Balance between damage and recovering Proc 15th ASCE Engineering Mechanics Conf Reston Va MOD LISATION DES D FORMATIONS PERMANENTES Voir la bibliographie de CESAR ORNI MOD LISATION NON LIN AIRE Guezouli S 1994 Comportement des chauss es souples Mod lisation et simulation num rique Th se de doctorat Universit de Nantes Coulibaly L 199
33. ches de forme granulaires et dans une certaine mesure par l utilisation d essais sur sols essentiellement in situ et limit s un unique niveau de chargement Le mod le d Uzan quation 1 est recommand comme point de d part pour tenir compte de mat riaux adoucissants Cette derni re relation est aussi hyper lastique la condition d introduire un coefficient de Poisson qui soit aussi fonction de l tat de contrainte L introduction d un tel mod le dans CVCR pourrait peut tre faire l objet d un stage B C E apd Pa Pa quation 1 On note finalement l absence de mod les bas s sur les constituants et un besoin de r viser les cat gories de GNT du guide de dimensionnement de 1994 On note aussi l absence de mod les prenant en compte explicitement les conditions de compactage et d humidit Les relations de ce type qui existent dans la litt rature sont habituellement empiriques et difficiles mettre en pratique 2 2 3 Rigidit des autres mat riaux Les b tons et mat riaux stabilis s au ciment sont consid r s lin aires lastiques et poss dent de tr s hauts modules Le cas des mat riaux stabilis s aux liants hydrocarbon s est plus complexe l exp rience actuelle montre que leur rh ologie est la fois visco lastique et non lin aire et vieillissante exemple grave mulsion On dispose de moins d information pour les d crire et on ne dispose pas de mod le rh ologique bien tabli Il s
34. chev es au LCPC pour prendre en compte la non lin arit dans un code d l ments finis logiciels NOEL et module MCHS pour CESAR Guezouli 1994 La derni re version ce jour le module CVCR pour CESAR se base sur le mod le hyper lastique de Boyce pour repr senter les mat riaux non lin aires durcissants tels que les graves non trait es et autres mat riaux ou sols granulaires Il a t modifi pour permettre la prise en compte de l anisotropie Hornych et al 1998 Les essais en laboratoire montrent que cette derni re particularit peut tre importante bien qu on ne sache pas comment la mesurer sur le terrain Les param tres du mod le de Boyce peuvent se d terminer partir d essais triaxiaux cycliques normalis s Le mod le K theta est aussi pr vu dans CVCR principalement pour permettre la liaison avec la litt rature internationale Des mod les d orni rage des chauss es sont en cours de d veloppement Certains concernent l orni rage des couches de GNT Il faudra veiller assurer leur compatibilit avec les tats de contrainte autoris s par les mod les retenus dans CVCR Des difficult s peuvent notamment appara tre en pr sence de ratio q p lev s au voisinage de p 0 La possibilit de prendre explicitement en compte une pression capillaire dans les GNT a t introduite dans les mod les non lin aires ce qui permet d admettre de petits efforts en tension Une autre probl matique i
35. de MOD LISATION NON LINEAIRE et MOD LISATION DE LA FATIGUE CESAR LCPC r f rences g n rales Site Internet http www lcpc fr fr produits cesar presentation index 1 dml Humbert P Fezans G Remaud D 2005 CESAR LCPC un progiciel de calcul d di au g nie civil Bulletin des laboratoires des ponts et chauss es n 256 57 P rez S 2008 Approche Exp rimentale et Num rique de la Fissuration R flective des Chauss es th se de doctorat Universit de Limoges Salasca S 1998 Calcul par l ments finis des tats de contraintes dans les chauss es rigides valuation des ph nom nes de contact associ s aux effets de retrait et de temp rature application l interpr tation d exp rimentations sur site th se de doctorat Universit de Nantes CESAR LCPC module CVCR Boyce H R 1980 non linear model for the elastic behaviour of granular materials under repeated loading International Symposium on Soils under Cyclic and Transient Loading Swansea UK 7 11 january 1980 Cort J F Di Benedetto H 2005 Mat riaux routiers bitumineux l description et propri t s des constituants Trait M canique et Ing nierie des Mat riaux Herm s Lavoisier 2005 Heck J V 2001 Mod lisation des d formations r versibles et tude des d formations permanentes des enrob s bitumineux Application l orni rage des chauss es Th se de doctorat de l ECN soutenue le
36. e chauss es 22 3 9 PREDICTA i Description Cet outil vise pr dire le module complexe d un enrob bitumineux soit les param tres du mod le de Huet Sayegh partir de ses constituants granulats et bitume Cette donn e constitue un intrant au calcul des structures de chauss es visco lastiques L outil se base sur un mod le auto coh rent avec une morphologie de type inclusion couronne a priori bien adapt e la description des enrob s bitumineux Cette m thode permet de calculer le module et l angle de phase de l enrob partir du module complexe et du coefficient de Poisson du bitume des caract ristiques lastiques des granulats et de la proportion de divers constituants du m lange Cet outil peut servir en amont des calculs de structure en jouant le m me r le que VISCOANALYSE mais sans avoir faire les essais sur enrob ii Environnement informatique PREDICTA est d velopp dans SCILAB un concurrent gratuit de MATLAB iii Validation Une tude param trique a t r alis e pour comparer les valeurs calcul es avec des valeurs exp rimentales en fonction des teneurs en liant et en vide Les r sultats sont satisfaisants pour des temp ratures inf rieures 30 40 C ou en d autres termes lorsque le module de rigidit est sup rieur environs 1500 MPa iv Emplacement Le logiciel a t programm au cours d un stage Alam Yasir supervis par Ferhat Hammoum Il est disponible sur
37. e forme de d veloppement Visual Basic est abandonn e par Microsoft 13 3 2 ALIZ LCPC A ronautique i Description Le logiciel ALIZE LCPC A ronautique est un module en cours de d veloppement Il se d veloppe au sein du m me code que la version Route mais sera vraisemblablement distribu s par ment Il utilise la m me th orie des couches lastiques sauf qu une strat gie d utilisation diff rente a t imagin e pour tenir compte des besoins particuliers cette industrie incluant par exemple les divers bogies d a roplane et leur distribution transversale et saisonni re de passage sur la piste Ce module utilise une approche de dommages cumul s loi de Miner en fonction de la distribution des passages des roues d a roplanes et inclut notamment un prototype de calcul de l orni rage par int gration des d formations sur toute l paisseur de la chauss e ii Environnement informatique Cet outil est greff sur ALIZE LCPC Routes l int rieur de la version recherche Il est donc d velopp dans le m me environnement Fortran et Visual Basic iii Validation La version a ronautique est en cours de d veloppement et est destin e tre valid e avec la collaboration du STAC et de la FAA iv Emplacement La gestion du d veloppement et des sources est faite l interne par Jean Maurice Balay Une version de l ex cutable se trouve sur R commun Informatique Logiciels Aliz installation
38. e ou elliptique iii Validation La validation des calculs visco lastiques a t obtenue par comparaison avec une solution semi analytique dans le cas d un massif semi infini Chabot et Piau 2001 et par comparaison avec des calculs par l ments finis issus du module CVCR de C SAR LCPC Des comparatifs ont aussi t faits avec des r sultats issus d un logiciel similaire l tranger VEROAD Senti 2007 avec des r sultats d ALIZ pour des cas lastiques ainsi qu avec des mesures de jauges de d formations Lohf 2005 Poch 2005 L outil actuel ne parvient pas toujours r soudre la double transform e inverse de Fourier requise pour transposer la solution dans le domaine r el Certains calculs peuvent donc s av rer plus longs et se terminer par un message d avertissement indiquant que le calcul n a pas pu se compl ter ad quatement iv Emplacement La gestion du d veloppement et des sources est faite par Armelle Chabot dans le cadre de l op ration de recherche 11P065 Fondephy L ex cutable de la version 1 charge rectangulaire unique et interfaces coll es se trouve sur le R commun Informatique Logiciels Aliz installation y Perspectives La version 1 est disponible l interne et pr te tre diffus e Les ajouts projet s pour de futures versions sont indiqu s dans le Tableau 1 d collement d interface entre couches chargement multiple pressions de contact non uniforme partir de
39. ement Les divers modes de sollicitation externe charge statique transitoire ou roulante am nent des effets de vitesse et d inertie diff rents dans la chauss e Les effets cin matiques ne peuvent tre pris en compte qu travers certains mod les de rh ologie des mat riaux dont la visco lasticit qui est abord e un peu plus loin L empreinte de contact surfacique d un pneu sur la chauss e est souvent approch e par un disque pression uniforme pour simplifier les calculs L avantage de cette g om trie est de pouvoir r duire sous certaines conditions le probl me tridimensionnel une formulation bidimensionnelle axisym trique en coordonn es cylindriques Mais ceci am ne des impr cisions sachant que l empreinte r elle d un pneu peut avoir une g om trie quelconque dont les contours s approchent davantage d un rectangle ou d une ellipse et que la pression de contact r elle n est pas forc ment uniforme Les essieux de camions sont aussi munis en g n ral d un jumelage de pneus et ventuellement d un arrangement plus complexe agissant en interaction essieux en tandem tridem trains d atterrissage a ronautique Les trains d atterrissage a ronautique am nent des situations encore plus complexes L empreinte de contact utilis e en dimensionnement inclut donc presque toujours au moins deux aires de contact bien distinctes en simultan Un v hicule ne peut se mouvoir sans qu il y ait frict
40. esquelles la prise en compte d un coefficient de Poisson variable s av rerait importante Les outils de calcul PREDICTA et VISCOANALYSE ont t sp cifiquement d velopp s pour repr senter le comportement r versible d un enrob bitumineux avec le mod le de Huet Sayegh La prise en compte de la visco lasticit am ne des champs de sollicitation plus r alistes notamment sous le passage d une charge roulante ou transitoire Elle permet de rigoureusement tenir compte de la vitesse des v hicules Elle permet aussi de mettre en vidence des ph nom nes que la mod lisation lastique ne permet pas de voir Les impacts suivants ont t not s lors des pr c dents travaux de validation du logiciel VISCOROUTE e Asym trie entre les champs m caniques devant et derri re la charge e Multipics plus fid les la r alit effet de m moire dans le cas des trains d essieux multiples voir Figure 2 e Meilleur classement des contraintes principales transversales vs longitudinales Cisaillement accru en bord de charge potentiel de fissuration par le haut explorer e Cr ation de contraintes de traction en surface de chauss e derri re le passage d une charge roulante lastique quivalente Temps s 20 25 30 35 40 45 Figure 2 Exemple de simulations lastique et visco lastique avec VISCOROUTE longation transversale la base du rev tement bitumineux lors du passage d essieux en tandem La v
41. est l objectif atteindre au bout du compte Ils d pendent en premier lieu de la r ponse r versible d o l int r t d un assemblage entre les calculs lastiques visco lastiques et non lin aires dans un outil tel que CVCR D autres travaux sont en cours dans la Division pour am liorer les connaissances scientifiques ayant trait la fatigue CASTEM des enrob s et l orni rage ORNI Ces deux sujets pourront demander beaucoup d efforts de recherche et d veloppement dans les ann es venir Ces recherches d boucheront sans nul doute sur de nouvelles connaissances utiles pour les applications futures 28 5 Bibliographie ALIZ Aliz LCPC Pr sentation g n rale du logiciel www lcpc fr fr produits alize index dml Autret P A B DeBoissoudy et J P Marchand 1982 ALIZE III Practice Fifth International Conference on the Structural Design of Asphalt Pavements Delft University of Technology Netherlands Balay J M Aliz Lcpc routes Logiciel pour le calcul des sollicitations internes dans les structures de chauss es et aide au dimensionnement selon la m thode rationnelle fran aise Lcpc S tra Notice d utilisation simplifi e CASTEM Site Internet http www cast3m cea fr cast3m index jsp Allou F 2003 Etude du comportement r versible long terme des graves non trait es et du sol support de chauss e m moire de DEA Universit de Limoges Voir bibliographie
42. eux visco lastiques peut tre mod lis l aide d un module complexe compos d une partie r elle et imaginaire E Essai 1Eimaginaire Ce module complexe varie selon la temp rature et la dur e de chargement Il est possible de rendre partiellement compte de cette r alit avec un mod le lin aire lastique isotrope Il s agit dans ce cas de choisir judicieusement le module d lasticit en fonction de la temp rature et de la vitesse de sollicitation La m thode de dimensionnement normalis e Guides et ALIZ utilise cette simplification et fourni les modules retenir en fonction de la temp rature pour chaque enrob normalis Cet artifice masque n anmoins des ph nom nes visco lastiques potentiellement significatifs La rh ologie visco lastique peut tre repr sent e selon divers mod les Maxwell Kelvin Voigt Burger Burger g n ralis s rie de Prony et c est celui de Huet Sayegh 1963 qui est principalement retenu en France consid rant ses aptitudes bien repr senter les rev tements bitumineux avec un minimum de param tres Le mod le de Huet Sayegh permet de r duire le 6 nombre d amortisseurs gr ce l introduction d amortisseurs non lin aires par rapport au temps Le coefficient de Poisson est jusqu maintenant trait comme une constante pour des raisons pratiques et parce que l on n a pas v ritablement identifi de situations en laboratoire ou sur chauss es pour l
43. g capacity of roads and airfiels Trondheim Norway July 1998 vol 3 pp 1277 1287 Hornych P J P Kerzr ho S Salasca 2002 Prediction of the behaviour of a flexible pavement using finite element analysis with non linear elastic and visco elastic models gh Intl Conference on asphalt pavements Copenhagen Ao t 2002 GUIDES POUR LE DIMENSIONNEMENT SETRA LCPC 1994 Conception et dimensionnement des structures de chauss es Guide technique Minist re de 1 quipement des Transports et du Tourisme SETRA LCPC 1994 SETRA LCPC 1998 R seau routier national Catalogue des structures type de chauss es neuves Minist re de l quipement des Transports et du Logement SETRA LCPC 1998 SETRA LCPC 2000 R alisation des remblais et des couches de forme Guide technique Fascicules I et II Minist re de l quipement du Logement et des Transports SETRA LCPC 2000 30 FISSUROUTE Caron J F Diaz Diaz A Carreira R P Chabot A et Ehrlacher A Multiparticulate modelling for the prediction of delamination in multi layered materials Composite Sciences and Technology 66 6 755 765 Chabot A 2007 Synth se des travaux de recherche de Pierre Lavigne Rapport de fin de contrat Cimb ton Chabot A 2004 Mod le fissuroute Rapport G n ral des Activit s du LCPC programme Durabilit entretien r paration et adaptation des infrastructures page 53 Chabot A Tamagny P Tran Q D Ehrlacher A 2004
44. hauss e sans apparition de contraintes de tension trop importantes dans les mat riaux non li s contrairement ce qu on obtient avec un mod le lin aire classique Le probl me pos peut ne pas admettre de solution dans certains cas ce qui pourrait aussi signifier que le dimensionnement consid r est physiquement non acceptable dans le domaine lastique La Figure 3 pr sente un exemple de solution lastique non lin aire illustrant la variation spatiale du module dans une m me couche de grave non trait e situ e l int rieur d une structure chauss e sollicit e par un essai de plaque Figure 3 Exemple de simulation 2D axisym trique non lin aire avec CESAR CVCR Modules s cants d lasticit dans la couche de GNT mod le K theta Ce type de comportement est connu depuis longtemps et est l origine des r gles de subdivision des sous couches de GNT recommand es dans le logiciel ALIZ tableau V 3 2 du guide de dimensionnement de 1994 Cet artifice permet de tenir compte de la diminution du module de haut en bas des couches de GNT Les variations horizontales de rigidit ne peuvent par contre tre mod lis es que par la m thode des l ments finis Il faut par ailleurs une mod lisation tridimensionnelle en pr sence d une empreinte de chargement aire multiple pneus jumel s tant donn qu elle exclut l applicabilit du principe de superposition des charges Il y a eu quelques tentatives ina
45. ion entre la roue et la surface de roulement Cette friction est souvent n glig e dans les calculs structuraux Elle peut parfois s av rer plus importante en certains endroits critiques tels que des pentes fortement inclin es ou des zones de virage ou de freinage et causer des dommages tels que le d collement de couches ou un orni rage prononc L orientation des efforts de surface peut aussi influencer les m canismes d endommagement ex orni rage en modifiant les tats et chemins de contraintes De plus certains auteurs attribuent en partie la fissuration des rev tements du haut vers le bas la pr sence d efforts de tension produits en surface sous l empreinte de contact des pneus radiaux utilis s avec les camions lourds effet de Poisson L analyse de cette probl matique n cessite aussi la prise en compte d efforts horizontaux Cette analyse requiert aussi que l on puisse mod liser des empreintes de charges multiples et de pr f rence contours rectangulaires Tire grooves Tire ribs Tire inflation pressure J j Transverse inward shear Transverse inward shear Toward the center of the tire Toward the center of the tire Transverse outward shear Away from the center of the rib Figure 1 D tail des contraintes induites au contact d un pneu Baladi et al 2002 2 2 Nature et rigidit des mat riaux La diffusion des sollicitations dans le corps de la chauss e d pend en grande partie de la n
46. is Guezouli 1994 indique que cela permet de diviser le temps de calcul de 80 en 2D logiciel NOEL et davantage en 3D vi Priorit s court terme Confirmer la validit des extrapolations de modules avec le mod le de Boyce en pr sence d tats de contraintes inaccessibles par les essais triaxiaux ou sinon offrir des solutions alternatives Je participe actuellement sur certains travaux ce sujet Compl ter le passage la version Expert compl ter l harmonisation des interfaces CL O et LICESAR et rendre l outil disponible 19 3 6 CESAR LCPC module ORNI i Description Le module ORNI est destin la pr vision de l orni rage structurel ainsi que des couches bitumineuses des chauss es Il s agit d un outil de recherche en cours de d veloppement dans le syst me CESAR LCPC Il permet actuellement de faire des calculs de d formations permanentes dans les mat riaux granulaires non trait s L approche est bas e sur la notion de chemin de contrainte dans le plan des invariants de contraintes p et q pr alablement calcul s avec le module CVCR Le calcul des dommages l mentaires li s au passage d une charge roulante se fait l aide du mod le empirique propos par Gidel et al 2001 L outil permet de cumuler les d formations permanentes r sultant de plusieurs types de v hicules circulant diff rentes vitesses et temp ratures La version actuelle permet de calculer l orni rage dans
47. isco lasticit explique la pr sence d une d formation plus lev e sous le second essieu r f Chabot et al 2006 Ces effets sont peu perceptibles pour les structures minces mais importants en pr sence de structures bitumineuses paisses La prise en compte de la visco lasticit permet aussi de calculer les dissipations d nergie suite au passage d une charge Ceci peut servir par exemple calculer les effets d un dimensionnement sur la consommation d essence des usagers Certains auteurs avancent aussi que l nergie dissip e est reli e l endommagement de la chauss e ce qui reste prouver sachant que la majeure partie se dissipe en chaleur Les mod le consid r s actuellement tant coefficient de Poisson constant aucune distinction n est faite entre les composantes d viatorique et volumique Le fluage visco plastique n est pas inclus 2 2 2 lasticit non lin aire des mat riaux non li s A faible niveau de d formation de l ordre de 10 le comportement des mat riaux non li s en compression est de type lastique non lin aire durcissant en se basant sur la r versibilit et la convexit de la relation contraintes d formations Ceci se traduit par un module d lasticit variable en fonction de l tat de contraintes et d fini en premi re approximation qu en situation de compression Sur le plan structurel la mod lisation non lin aire doit permettre d obtenir l quilibre dans la c
48. jours n cessaire de disposer de toutes les fonctionnalit s d un outil g n ral comme MAX ou CLEO L utilitaire LICESAR constitue donc une alternative pour accro tre la productivit d utilisation des modules de calculs tels que LINE CVCR ORNI TACT DYNI ou autres Il reste tr s g n ral au point de vue de la m canique des chauss es puisqu il permet de cr er des zones non maill es et d ins rer des l ments de contacts Il permet aussi d introduire des rails de chemin de fer Il est aussi possible d automatiser son utilisation l aide de fichiers de dialogue similaires ceux des utilitaires MAX et PEGGY ce qui repr sente un avantage important ii Environnement informatique LICESAR est programm en Fortran et existe en versions compil es sous DOS et Unix iii Validation L utilitaire ne r alise pas les calculs proprement parler Il sert essentiellement cr er les fichiers de maillage et interroger les bases de r sultats produites par CESAR Il utilise des routines de MAX ou CESAR pour plusieurs op rations lecture criture renum rotation des l ments etc et se valide l usage mesure que des ajouts ou modifications sont effectu s iv Emplacement Il s agit d un utilitaire principalement d di l usage de la Division Les sources sont maintenues et g r es par Jean Maurice Balay Les ex cutables sont disponibles sur demande aupr s de lui v Perspectives Il s agit d
49. les champs de sollicitation dans une chauss e compos e de mat riaux visco lastiques mod le de Huet Sayegh 1963 et soumise au passage d une charge roulante On assume l hypoth se d un r gime permanent ce qui permet d viter l introduction d un pas de temps en transposant le probl me dans le rep re de la charge roulante x X V t L algorithme de calcul s appuie sur une formulation r solue dans l espace fr quentiel de Fourier partir des r sultats de la th se de Nguyen 2002 et du d veloppement math matique de Chabot 2000 Les capacit s de mod lisation sont r sum es dans le Tableau 1 ii Environnement informatique Le noyau de calcul a t d velopp en langage C l ENPC Duhamel et al 2003 Son utilisation peut impliquer une tape d interpolation en post traitement Senti 2007 puisque les r sultats sont calcul s le long d un maillage bidimensionnel g n r la profondeur voulue Il est possible de compiler le moteur de calcul sur divers syst mes d exploitation DOS Windows Unix Linux L interface utilisateur de la premi re version a t d velopp e sous Visual Basic 6 pour Windows Duhamel et al 2005 Chabot et al 2006 Une seconde interface a t entam e sous Python en 2006 dans le cadre du Post Doc de Nguyen Tung Cette version non finalis e ajoute la possibilit de traiter directement les cas multicharge pression uniforme sur des surfaces ponctuelles ou contour rectangulair
50. librer des mod les analogiques Huet Huet Sayegh 2S2P1D Il s applique aussi bien aux liants bitumineux qu aux enrob s 3 Pour fonctionner il est n cessaire de lui fournir des mesures de la norme du module complexe E ainsi que de l angle de phase Ces param tres devront tre mesur s pour plusieurs temp ratures et plusieurs fr quences Pour chaque isotherme les fr quences de mesure devront tre identiques et class es dans le m me ordre Viscoanalyse permet de d terminer les param tres de la loi visco lastique de Huet Sayegh pour les enrob s Cette loi est utilis e dans les logiciels de calcul de structures VISCOROUTE calcul de structures 3D de chauss es comportement lastique et visco lastique et CVCR module de C sar qui permet de mod liser le comportement 3D de chauss e sous charge roulante Viscoanalyse est donc un outil pour d terminer les param tres d entr e de ces logiciels Formulaire de demande de logiciel Nom Pr nom Soci t Fonction Domaine d activit Discipline H Courriel ATTENTION Si votre adresse lectronique n est pas correctement crite ci dessus nous ne pourrons vous r pondre Adresse Code postal Ville Pays T l phone Commentaire http www lcpc fr fr produits viscoanalyse index dml Page 1 sur 2 CRIT RES LIANTS Tongs mises Gt E a MP ma A aa
51. lle LCPC SETRA Sa mise au point a permis l laboration du guide de dimensionnement des chauss es SETRA LCPC 1994 et du catalogue de dimensionnement des chauss es SETRA LCPC lesquels constituent les outils de dimensionnement les plus utilis s en France Ce logiciel inclut des menus d aide modules et sous programmes divers permettant de r soudre ais ment et rapidement les expertises et calculs de dimensionnement normalement rencontr s en bureau d tude Il automatise la gestion de variantes ainsi que l exploitation des r sultats sous forme graphique Il int gre aussi le module Gelld Routes pour la v rification au gel d gel des chauss es selon la d marche compl te LCPC SETRA Il s applique galement des actions de recherche et d enseignement Plusieurs ajouts et am liorations se font dans la version recherche subdivision en couches pour approcher le comportement non lin aire module a ronautique calculs avanc s de l orni rage etc laquelle fait l objet d une volution continuelle ii Environnement informatique Le noyau de calcul a t d velopp en langage FORTRAN par le LCPC Il est en cons quence possible de le compiler sur divers syst mes d exploitation DOS Windows Unix Linux L enveloppe ergonomique comprenant l interface utilisateur de m me que tous les pr et post traitements a t d velopp e sous Visual Basic 6 pour Windows iii Validation Ce logiciel est depuis long
52. mod lisations num riques 3D par l ments finis n cessitant des maillages tr s fins co teux en temps de programmation et de calcul Le LAMI et la division MSC ont propos dans le cadre de la th se ENPC de Tran septembre 2004 une approche alternative s appuyant sur des mod les enrichis de type RDM r sistance des mat riaux les mod les multiparticulaires des mat riaux multicouches M4 pour la mod lisation du corps de chauss e Tran 2004 Chabot et al 2005 Cette approche repose sur le couplage entre un mod le multicouche lastique simplifi adapt aux probl mes de flexion le M4 5n 5 quations d quilibre par couche d velopp l ENPC Chabot 1997 et le mod le lastique de Boussinesq pour le sol support Ce mod le a pour avantage de r gulariser les contraintes aux droits des fissures et des interfaces et de r duire le probl me d une dimension ii Environnement informatique Les algorithmes existent pr sentement sous forme de prototype bicouche sur massif de sol dans l environnement MATLAB avec fissures transversales verticales iii Validation Les cas de chargement de pression uniforme verticale sur une surface rectangulaire ainsi que de gradient et de retrait thermiques ont t valid s par comparaison avec des calculs ALIZ et avec le module LINE de CESAR LCPC Des r sultats d essais acc l r s en vraie grandeur FABAC de collage b ton de ciment sur grave bitume th se Pouteau 20
53. mportante r side dans les extrapolations faites au cours d un calcul de chauss e car on retrouve alors des portions de la GNT soumis des tats de contraintes inaccessibles par les essais de laboratoire essai triaxial cyclique Le mod le de Boyce par exemple soul ve certaines questions fondamentales parce qu il pr sente une asymptote lorsque le rapport des invariants de contrainte q p est lev conduisant vers des modules de rigidit et coefficients de Poisson d bordant des plages de valeurs g n ralement admises en pratique Figure 4 Cette probl matique est en cours d tude partir de la th se de Coulibaly 1998 et des principes de la Thermodynamique Il faut noter que les ratios q p lev s se cantonnent a priori au voisinage des tats de contrainte de faible intensit ce qui limite peut tre leur impact La compatibilit avec les mod les d orni rage devra n anmoins tre tudi e 600 T T 4 400 200 FA Fi 0 E MPa g v N 200 A 400 600 2 6 8 10 a p Figure 4 Mod le de Boyce probl matique de l extrapolation asymptotique Les essais triaxiaux servant au calage du mod le sont en g n ral limit s q p lt 2 q p On note aussi l absence d utilisation au sein de la division de mod les non lin aires pour les mat riaux adoucissants tels que les sols fins Leur absence pourrait s expliquer par l importance des cou
54. nels dans le cadre de travaux de recherche et d expertise permettant d illustrer ses principaux apports Des exemples d taill s avec jeux de donn es et solutions de r f rence sont d crits dans le Cahier de d veloppement Nguyen et al 2008 Le module CVCR est en voie de passer dans la version Expert iv Emplacement Les sources sont tenues jour dans la plateforme CESARDEV g r e par la Section Mod les Num riques de la Direction des Programmes Paris DPR MN Elles sont disponibles sous r serve d inscription au r pertoire des d veloppeurs aupr s de Pierre Humbert Le module CVCR est en voie de passer dans la version Expert de CESAR LCPC ce qui permettra de rendre son ex cutable accessible une plus large client le Il sera ventuellement distribu par la soci t ITECH v Perspectives Le module CVCR constitue le troisi me programme de calcul m canique de chauss e non lin aire apr s les pr c dentes tentatives appel es NOEL et MCHS Ceux ci n incluaient cependant pas de 18 comportement visco lastique Son utilisation dans le cadre de projets de recherche a permis de reproduire plus fid lement la r alit certains r sultats d essais par rapport ALIZE avec une meilleure restitution des ordres de grandeur des d formations mesur es en bas de couche bitumineuse et un meilleur classement en amplitude des d formations longitudinales et transversales Il permet aussi de mettre en vidence les c
55. onnalit s renforc es en pr et en post traitement R alis e en collaboration avec les soci t s Simulog gestion de projet assurance de la qualit et Itech d veloppement des nouveaux logiciels de pr et de post traitement la nouvelle version 4 0 est disponible depuis janvier 2008 CESAR LCPC d signe l ensemble form par les logiciels de pr et de post traitement CLEO2D et CLEO3D respectivement pour les mod lisations bi ou tridimensionnelles par le solveur fond sur la m thode des l ments finis CESAR et par les programmes utilitaires Ces diff rents programmes communiquent entre eux par l interm diaire d une base de donn es Figure 4 R aliser une mod lisation avec CESAR LCPC se traduit en g n ral par l encha nement des tapes suivantes a utilisation des fonctionnalit s de pr traitement de CLEO2D ou CLEO3D pour la g n ration des donn es du solveur CESAR maillage et jeu de donn es b lancement du solveur par l ments finis CESAR pour effectuer la r solution num rique du probl me tudi c utilisation des fonctionnalit s de post traitement de CLEO2D ou CLEO3D pour l interpr tation des r sultats CLEO 2D ou CLEO S3D Pr traitement Post traitement Base de donn es Figure 4 Organisation de CESAR LCPC Des programmes utilitaires peuvent ventuellement intervenir entre ces diff rentes tapes par exemple pour la mise en donn es de mod lisations num riques particuli res o
56. ons g n rales en m canique des chauss es ns nsessesseesososeessesresseestessesseesteseesseseso 5 2 1 Mode de chargement iinne ete i eaer e hein tenter amie etre 5 2 2 Nature et rigidit des mat riaux 6 2 2 1 Rigidit thermo visco lastique E v pour les enrob s bitumineux 6 2 2 2 lasticit non lin aire des mat riaux non li s s seessssseissseiseseiseserissssresssresssrerssrisssrres 8 2 2 3 Rigidit des autres mat riaux 10 2 2 4 Autres conditions affectant le comportement r versible 10 2 3 Endommagements ss 10 3 Description d s outils ssn irene EAU ee MANGER A er ne LOIS ne AR ER 12 SA LIZE LOPC Routes ee Re en due 13 3 2 ALIZ LCPC A ronautique en nn Me NA Ann tes nid 14 3 3 CASTEM implantation d un mod le de fatigue dans 15 3 4 CESAR LCPC modules standards LINE TACT DYNI sssssssssssssssssessssssesressessessresresee 16 3 5 CESAR LOPC mod le CVOR ant an nn none sl unten d 18 3 6 CESAR LCPC module ORNI Sienne mnt pains 20 321 EISSUROUTE raatira a e a T e a a ne 21 I OPIC ESA R a r NT n A AE E E a Ea 22 IOJPREDICTA mnono terr e r a r T 23 SHOT VISCOANALY SE veerra nine Era e EE r E a E E SEEE EET NEES EENES 24 LD VISCOROUT E RS ins A E a a aaa 25 3 12 ZEPHYR ALIZ Ra a A a E E h da EAE EE a 26 4 Perspectives s n ral s sasi r sn en e E ar a a E e 28 5 Bibliographie 4 5 unit ess E AAEE EEA A E AS 29 ANNEX
57. ontraintes de traction qui se cr ent en surface de chauss e derri re le passage d une charge roulante Les perspectives sont donc prometteuses et les avantages se font particuli rement sentir dans les applications suivantes e la mod lisation des chauss es routi res assises non trait es et bitumineuses et notamment le traitement de conditions particuli res de chargement vitesse lentes temp ratures lev es e la mod lisation de chauss es a ronautiques ou sp ciales telles que les plates formes industrielles o CVCR permet notamment une meilleure prise en compte des charges lourdes et vitesses de chargement lentes e Le calcul des champs de contrainte et de d formation r versible pour une exploitation en vue de pr dire l orni rage il sert de point de d part pour le module ORNI de CESAR LCPC Le module CVCR permet des calculs de r f rence pouvant appuyer l laboration d un ventuel outil non lin aire simplifi destin aux bureaux d tudes voir ZEPHYR Les enjeux de la visco lasticit et de la non lin arit sont discut s plus en d tails dans la section 2 Un calcul tridimensionnel demande au moins deux heures sur le serveur Incalsun de Nantes Selon Pierre Humbert la vitesse peut tre d cupl e en utilisant un solveur multifrontal la place du solveur sky line actuel Il serait aussi possible de r duire significativement les temps de calcul en introduisant des l ments semi infin
58. ources d information Perl Vous voulez Actualit s Manifestations Accueil gt Produits gt ALIZE Aliz LCPC Routes Logiciel de calcul des sollicitations cr es par le trafic dans les structures de chauss es et d aide au dimensionnement des chauss es selon la m thode rationnelle LCPC SETRA Objet et fonctionnalit s du logiciel Le logiciel ALIZE LCPC est le programme de r f rence utilis pour les calculs de dimensionnement des chauss es en France Il permet de r aliser les calculs des sollicitations cr es par le trafic dans ces structures calculs indispensables la mise en uvre de la m thode fran aise de dimensionnement rationnel des chauss es neuves et des renforcements labor e par le LCPC et le SETRA d s la fin des ann es 70 Le noyau th orique du programme repose sur la solution au probl me du multicouche lastique lin aire isotrope propos e par D Burmister i LAJ ET a la ygi ej dE ne r i ii R sultats des calculs Structure de chauss e Chargement de type sp cial Exemple amp zz sol carte 3D ALIZE LCPC Routes est la version moderne du logiciel d velopp e par le LCPC pour fonctionner sous les environnements Windows de Microsoft Corporation Cette nouvelle version s organise autour d une interface homme machine qui rend en particulier tr s fonctionnelles et conviviales les op rations de saisie des donn es et de pr sentation des r sultats de calcul Son ergonomie
59. prochaine tape de tenter de reproduire par calcul un plus grand nombre de cas tels que les essais Man ge consid r s dans le projet europ en SAMARIS et des donn es de chauss es r elles issues de la coop ration avec les LRPC Note Il y a une difficult potentielle du fait que les premiers calculs tendent indiquer l existence d une diff rence importante de cin tique entre les courbes de d formation permanente mesur es en laboratoire et celles mesur es sur le terrain On soup onne que cela puisse provenir de la rotation des contraintes sous le passage d une charge roulante Les calculs additionnels permettront de confirmer la pr sence ou non de ce probl me et de chercher mieux le comprendre En compl ment la mod lisation des essais l orni reur devra tre entreprise avec un double objectif i celui relativement court terme d utiliser ces r sultats d essai pour aider la mise au point des mod les d orni rage des enrob s bitumineux ii celui attendu plus long terme de pouvoir utiliser ces essais pour le calage inverse des lois de fluage de ces mat riaux 20 3 7 FISSUROUTE i Description La pr diction de l volution de la fissuration dans les structures de chauss es est un enjeu essentiel de la d marche de conservation du patrimoine routier Les mod les simplifi s usuels de dimensionnement des chauss es sont cet gard tr s mal adapt s Une des orientations possibles implique des
60. rafic le poids propre des mat riaux notamment le poids des dalles de b ton les chargements d origine thermique gradients thermiques et les conditions de contact unilat rales entre les dalles et leurs supports La r solution est bas e sur l algorithme it ratif d Uzawa de recherche de point selle entre le champ de d placement et le champ de forces internes associ es aux conditions de contact unilat rales ii Environnement informatique Le solveur CESAR LCPC est programm en Fortran l int rieur de la plateforme de d veloppement CESARDEV Son utilisation requiert des interfaces telles que CLEO MAX PEG ou LICESAR iii Validation Le solveur CESAR est qualifi pour distribution et vente l ext rieur Des jeux de test pr tablis bas s sur des solutions de r f rences de diverses natures analytiques num riques ou exp rimentales sont ex cut s avant la distribution de nouvelles versions iv Emplacement La gestion incluant la maintenance et le d veloppement du solveur CESAR est assur e par la Section Mod les Num riques de la Direction des Programmes Paris DPR MN Les sources sont tenues jour dans la plateforme CESARDEV et sont disponibles sous r serve d inscription au 16 r pertoire des d veloppeurs aupr s de Pierre Humbert Le syst me combin avec l interface CL O est distribu par la soci t ITECH v Perspectives Le progiciel CESAR est sans doute l outil de calc
61. rie quelconque et finie prouvette de laboratoire bord limit X X X par tranch e ou talus pr sence de rails Mat riaux lastiques lin aires isotropes X X X X X X Mat riaux thermo visco lastiques Huet Sayegh X 3D 3D Mat riaux non lin aires Boyce K theta X X Mat riaux anisotropes lasticit lin aire ou non lin aire X X X Mat riaux lastoplastiques d formations permanentes X Interface de couches coll es X X X X X X Interface de couches glissantes X v3 X X X X Interface de couches avec param tre de frottement p V3 X X X X Int gration d une biblioth que de param tres mat riaux X Int gration d une biblioth que d empreintes de chargement X Int gration dans la m thode de dimensionnement standard X Int gration d effets climatiques X Int gration avec des outils d expertise r trocalcul cumul de dommages etc X Notes les identifiants entre parenth ses renvoient au projet d une future version ou d une version de recherche La lettre a indique l ajout d une solution approch e L indication 2D 3D r f re au mode admissible de repr sentation de la structure lorsque des restrictions s appliquent La lettre p indique une possibilit envisageable En termes de g om trie et de loi de comportement des mat riaux 2 Consid rations g n rales en m canique des chauss es La m canique des chauss es vise comprendre le comportemen
62. rme La validation de la m thode est conditionnelle l existence d un outil plus exact tel que CESAR CVCR Il faut donc s en servir pour confirmer sa faisabilit apr s avoir r gl la probl matique de l asymptote des modules issus du mod le de Boyce Il sera ensuite possible de d terminer si un tel outil peut tre men terme Certains exemples am ricains tendent indiquer qu une approximation soit possible Huang T H 1993 Pavement analysis and Design Logiciel KENLAYER Prentice Hall pages 132 136 Everseries user s guide Washington State DOT http www wsdot wa gov biz mats Apps EPG htm 27 4 Perspectives g n rales Les logiciels pr c demment d crits sont loin de couvrir l ensemble des r sultats de recherche de la division mais constituent d j une somme de connaissances non n gligeable Le logiciel ALIZ est l outil appliqu actuel s appuyant sur des connaissances fondamentales et sur une vaste expertise L orientation du module a ronautique pr figure possiblement la prochaine volution qu on peut imaginer pour le dimensionnement des chauss es routi res Le noyau de calcul du logiciel VISCOROUTE pourrait ventuellement terme prendre la succession du noyau de calcul lastique d ALIZ ou du moins servir ajuster et appuyer certaines hypoth ses de calcul L applicabilit est soumise entre autres l laboration d une base de donn es sur la visco la
63. ructures de chauss es en l occurrence les logiciels ALIZ LCPC CASTEM CESAR LCPC notamment les modules LINE TACT DECO CVCR ORNI FISSUROUTE VISCOROUTE Z PHYR D autres outils sont mentionn s au passage lorsqu ils gravitent tout pr s de fa on compl mentaire LICESAR PREDICTA VISCOANALYSE Il est important en particulier pour les activit s de la division de disposer galement d outils num riques susceptibles d aider l interpr tation des essais de laboratoire et l identification des lois de comportement des mat riaux de chauss e Cette note ne constitue pas un recensement ni une description exhaustive des outils ou projets de la Division mais plut t une synth se des logiciels ayant le plus retenu mon attention Il s agit d un portrait tr s ponctuel pour ces outils qui sont conduits voluer dans le temps Les outils de calcul structurel ont plusieurs points communs mais aussi des diff rences qui s expliquent par leur fa on de repr senter la charge la structure les mat riaux et les interfaces entre les couches Ces diff rences permettent d largir la diversit des probl mes que l on peut r soudre tout en pond rant le compromis in vitable entre le r alisme et la complexit ou temps de calcul Leurs caract ristiques sont num r es dans le Tableau 1 et d crites sommairement dans ce qui suit Les consid rations g n rales de la section 2 ont pour but d aider le lecteur profane
64. s t appliqu s la m canique des chauss es La plupart des applications actuelles se limitent plus simplement l usage de param tres d termin s pour une ou quelques conditions repr sentatives du terrain 2 3 Endommagements Les deux m canismes d endommagement les plus commun ment rattach s aux calculs des structures de chauss es bitumineuses sont l orni rage et la fissuration structurelle par fatigue et endommagement Le Guide technique Conception et dimensionnement des structures de chauss es propose une m thode et des crit res bas s sur des essais de fatigue pour les divers m langes bitumineux ainsi qu une courbe d orni rage tablie pour les mat riaux non li s Cette derni re ne tient pas compte des caract ristiques des diff rents mat riaux non li s Ces mod les de fatigue et d orni rage sont inclus dans le logiciel ALIZ LCPC Ils sont empiriques courbes de Wohler et appliqu s uniquement au niveau des points conduisant aux d formations maximales dans les diff rentes couches composant la chauss e Des travaux de recherche sont men s pour approfondir la compr hension des ph nom nes r els Des d bouch s en ce sens seraient importants en m canique des chauss es e La fatigue est li e plusieurs ph nom nes complexes tels que la visco lasticit du bitume et les caract ristiques du m lange incluant la qualit des liens entre le bitume et les granulats Les enjeux li s la fissur
65. s ob issant la loi de Hooke et soumis un chargement statique Le module DYNI permet d introduire une charge dynamique exprim e suivant diff rents pas de temps Il est utilis notamment pour l interpr tation d essais au d flectom tre FWD th se en cours de Michael Broutin l aviation civile Le module MCNL peut tre utilis pour des calculs lastoplastiques et le module MODE peut tre utilis pour chercher les fr quences propres d un chemin de fer Le module TACT est l un des principaux piliers du calcul des chauss es rigides discontinues ou sp ciales Il permet en particulier de traiter les probl mes de contact unilat ral non lin aires entre couches de chauss es th se Sergio P rez et de reproduire les cambrures de dalles qui r sultent des gradients verticaux de retrait thermique et hydrique dans les structures rigides Il faut mentionner l existence du module DECO version recherche th se Salasca 1998 qui vise aussi des analyses similaires Le module DECO vise comme FISSUROUTE mais avec des l ments de plaque plus classiques des mod lisations RDM simplifi es des structures avec discontinuit s ce qui permet d obtenir des ex cutions relativement rapides Ces l ments peuvent tre superpos s li s entre eux par des relations lin aires et reposer globalement sur un massif de Pasternak Ce module permet de la m me fa on que le module TACT de prendre simultan ment en compte les charges de t
66. sticit des enrob s le d veloppement parall le des logiciels VISCOANALYSE et PREDICTA de m me que le projet de base de donn e Internet VISCOMATDATA actuellement en incubation Le d veloppement de l essai de rupture locale r p t e avec protub rances convexes d montre que l enjeu de la visco lasticit et de la compr hension un stade relativement amont de ses effets sur le comportement des enrob s est hautement consid r par la division SMIT Un autre apport important est faire du c t des d formations r versibles avec la mod lisation non lin aire Le module CESAR CVCR repr sente un grand pas en r ponse ce besoin Outre certaines questions claircir concernant le comportement rh ologique des GNT il reste du travail faire pour rendre l outil op rationnel en bureau d tude Certains efforts ont t faits pour mettre au point un outil simplifi projet Z PHYR mais il n y a pas encore eu d aboutissement probant cet effet Un effort important reste faire pour laborer des outils op rationnels tenant compte des discontinuit s joints fissures dans les rev tements souples et rigides Les modules TACT et DECO ont t con us dans CESAR cet effet et le projet FISSUROUTE constitue une des autres pistes creuser en particulier pour traiter les questions de d collement et de propagation de macro fissures Les dommages irr versibles sont encore plus difficiles ma triser et c
67. t des chauss es et de leurs mat riaux afin d clairer plusieurs d cisions reli es leur conception construction entretien et exploitation Il convient de faire la diff rence entre un calcul standard et l expertise d un cas in dit ou hors norme de m me qu entre le dimensionnement d une chauss e neuve l analyse d une chauss e existante et l interpr tation d une exp rimentation ou tude de laboratoire Tous ces travaux sont n anmoins sujets un ensemble de connaissances communes en m canique des chauss es Ils n cessitent l usage d outils appropri s pouvant prendre la forme d quations courbes tableaux logiciels guides ou normes la base les fondements sont souvent les m mes Les logiciels et autres m thodes de calcul se basent essentiellement sur des calculs d endommagement ou de dur e de vie en passant pr alablement par des calculs de sollicitation interne contraintes d formations d placements tenant compte des sollicitations externes des mat riaux des structures et d un certain nombre de variables contextuelles temp rature humidit confinement contraintes initiales etc Quelques concepts jug s pertinents ou essentiels la compr hension du reste du pr sent document sont d crits dans cette section Ceci permet d viter la r p tition de faits communs plus d un outil et d expliciter certaines nuances ou interactions sans alourdir les fiches de la section 3 2 1 Mode de charg
68. temps qualifi pour utilisation au LCPC et vente l ext rieur Il est valid au point d tre la base de la m thode fran aise de dimensionnement des chauss es iv Emplacement La distribution se fait par l interm diaire d une entreprise priv e soit la soci t ITECH www itech soft com La gestion du d veloppement et des sources est faite en interne par Jean Maurice Balay Une version de l ex cutable se trouve sur R commun Informatique Logiciels Aliz installation y Perspectives ALIZ repr sente pour le LCPC un pilier important de transfert technologique et de valorisation en m canique des chauss es Ceci implique que ses besoins d volution sont intimement li s l tat de l art et aux retomb es de la recherche Si le besoin s en faisait sentir et moyennant une r vision du noyau de calcul il serait rigoureusement possible d ajouter un param trage des conditions d interface entre les couches des composantes de chargement tangentiel et ventuellement la prise en compte de coefficients d anisotropie vi Priorit s court terme Voir l outil ZEPHYR section 3 11 pour la description d une des priorit s qui consisterait introduire une approximation non lin aire Autrement les priorit s actuelles sont davantage tourn es vers le module a ronautique Il est aussi possible moyen terme que son enveloppe ergonomique ait besoin d une transcription cons quente puisque la plat
69. texte professionnel de qu b cois en mission Ils sont nonc s titre indicatif sans pr tention de substitution par rapport aux objectifs ou priorit s projet s par les diff rents charg s de recherche de la division Je tiens remercier tout le personnel de la division SMIT pour leur esprit de collaboration ainsi que pour leur accueil chaleureux et leur aide amicale Merci Pierre Hornych pour l accueil et l aide qu il a assur e d s mon premier appel t l phonique et Jean Michel Piau pour les enseignements qu il m a transmis g n reusement Mon s jour serait aussi nettement moins riche sans le pr cieux concours que j ai re u de Jean Maurice Balay Didier Bodin Armelle Chabot Ferhat Hammoum et Emmanuel Chailleux Merci aussi Chantal de La Roche pour son support et sa confiance ainsi qu tout le personnel de la division th sards et chercheurs de passage qui contribuent la coh sion d ensemble et au maintient d une belle ambiance de travail Je n oublie pas aussi les intervenants du Minist re des Transports du Qu bec qui m ont donn la chance de vivre cet change enrichissant pour moi et ma famille Je remercie en particulier Anne Marie Leclerc Claude Tremblay Guy Tremblay et Guy Bergeron qui m ont accord leur confiance et les dispositions n cessaires la r alisation de ce projet TABLE DES MATI RES 1 Taino aLe DTO EEEE E A An MR AT T LR Re AT N E nn OE nn mn 3 2 Consid rati
70. tion dans un calcul de structure En d autres mots il permet de suivre les maillons de la cha ne permettant de relier le laboratoire la route Tableau 2 Positionnement des divers outils dans le processus d un calcul de structure Recherche analyse ou dimensionnement a Mat riaux mod les de rigidit Elastique loi de Hooke ALIZ Guides pour le dimensionnement Visco thermo lastique Huet Sayegh PREDICTA VISCOANALYSE Elastique non lin aire Boyce K theta I Massif multicouches ALIZ VISCOROUTE Structure quelconque CESAR LCPC modules LINE TACT CVCR DECO DYNI interface LICESAR CASTEM l c Endommagement b Structure comportement r versible i Fatigue ii Orni rage Courbes de Wolher ALIZ Courbes de Wolher ALIZ Mod le avanc recherche avec CASTEM Mod les avanc s recherche avec ALIZE et CESAR LCPC ORNI 12 3 1 ALIZ LCPC Routes i Description Le logiciel ALIZE LCPC est le programme de r f rence depuis les ann es soixante dix pour les calculs de dimensionnement des chauss es en France Il est fond sur le calcul des sollicitations internes caus es par le trafic dans les structures de chauss es en se basant sur la solution statique multicouche lastique lin aire isotrope de Burmister 1945 Ce logiciel offre de plus une aide compl te au dimensionnement conform ment la m thode rationne
71. u pour aider l interpr tation des r sultats du calcul Les constituants du progiciel La nomenclature compl te des constituants de la version 4 0 de CESAR LCPC est l objet d un document intitul Fiche de version Les http www lcpc fr fr produits cesar presentation index 1 dml 05 06 2008 LCPC Produits CESAR Pr sentation Le progiciel CESAR LCPC Page 4 sur 4 pr sentes pages s attachent plus particuli rement d crire les principaux constituants qui sont e l ensemble de programmes e la documentation e un ensemble de jeux de donn es Les diff rents programmes sont organis s en modules r alisant chacun une fonction bien d termin e Cette organisation choisie d s l origine du progiciel facilite la maintenance la portabilit et l introduction de nouvelles possibilit s Cela permet galement la diffusion de CESAR LCPC de fa on modulaire selon le choix du client English Contactez nous Plan du site Droits d usage Alertes du LCPC http www lcpc fr fr produits cesar presentation index 1 dml 05 06 2008 LCPC Produits Viscoanalyse Pr sentation rare Sources d information ee Vous voulez Actualit s Manifestations Accueil gt Produits gt Viscoanalyse Viscoanalyse Viscoanalyse est un outil qui permet de visualiser des mesures de module complexe d interpr ter des donn es en terme de temp rature d isomodule et d isoangle de construire des courbes ma tresses et finalement de ca
72. ul le plus puissant produit par le LCPC Il est utile en recherche pour fournir des solutions de r f rence m me pour les situations o les temps de calculs le rendent moins op rationnel Son potentiel d utilisation s accro t en fonction du gain de performance des ordinateurs et son potentiel d volution est lev de par sa nature g n rale vi Priorit s court terme Int gration du module CVCR dans la version Expert Mise disponibilit d une interface adapt e aux calculs des structures de chauss es voir LICESAR 17 3 5 CESAR LCPC module CVCR i Description Le module CVCR Chauss e Visco lastique sous Charge Roulante permet le calcul des d placements des d formations r versibles et des contraintes dans une chauss e multicouche soumise une charge roulante Cette chauss e peut tre constitu e de mat riaux lois de comportement lastique lin aire isotrope lastique non lin aire ventuellement orthotrope pour les mat riaux non trait s ou les sols mod les Boyce modifi k 0 et visco lastique lin aire isotrope pour les enrob s bitumineux mod le Huet amp Sayegh En la seule pr sence de mat riaux lastiques lin aires ou non lin aires l utilisation du module CVCR permet de mod liser des structures dont la g om trie et la nature du chargement peuvent tre quelconques La pr sence d un mat riau visco lastique loi de comportement fonction du temps entra ne la r
73. une couche la fois ii Environnement informatique Le module ORNI est programm en Fortran l aide de la plateforme de d veloppement de CESAR LCPC iii Validation Il s agit d un prototype ayant fait l objet de peu de validation ce jour Des tudes sont en cours afin de v rifier ses aptitudes pr dire l orni rage sur les chauss es partir d essais de d formations permanentes en laboratoire et le cas ch ant pour d terminer les possibles am liorations apporter iv Emplacement Le projet est en cours de d veloppement sous la supervision de Pierre Hornych Les sources seront introduites dans la plateforme CESARDEV d s que les travaux seront suffisamment avanc s v Perspectives Le module ORNI est lourd d utilisation mais il y a lieu de croire qu une solution approch e unidimensionnelle soit possible avec un cart de moins de 10 ce qui permettrait une implantation dans un outil de calcul rapide comme ALIZ Voir la section 2 3 pour d autres commentaires sur les enjeux de l orni rage Les recherches sont poursuivre aussi bien pour les mat riaux non li s que pour les mat riaux bitumineux La division s est investie cette fin dans l acquisition d un mat riel d essai triaxial pour enrob s bitumineux et dans le d marrage de projets de recherche orient s sur le sujet ex th se Juliette Sohm arriv e de Thomas Gabet vi Priorit s court terme Il s agit en
74. vit du trafic choix des risques de calcul paisseurs de mise en oeuvre minimales et maximales des mat riaux choix du type d interface entre couches choix et paisseur des couches de surface Rappels des dimensionnements des structures types du Catalogue 1998 des Chauss es du r seau national e Rappel des hypoth ses et des sp cifications de la m thode de v rification au gel d gel des chauss es LCPC SETRA e Aide en ligne d taill e pour une prise en main acc l r e et une utilisation optimis e du logiciel Distribution du logiciel Le LCPC a confi la diffusion d ALIZE LCPC Routes la soci t ITECH qui a la responsabilit d diter de promouvoir et de vendre le logiciel Si vous souhaitez d autres informations sur ALIZE LCPC Routes et ses modalit s d utilisations Contacter Le responsable Le distributeur de ce logiciel au LCPC Soci t ITECH R f rences bibliographiques e Guide technique Conception et dimensionnement des structures de chauss es LCPC SETRA 1994 e Pavement design a rational approach European Roads Review Special issue 1 2003 T l chargez la pr sentation du logiciel Recherche English Contactez nous Plan du site Droits d usage Alertes du LCPC LCPC Produits CESAR Pr sentation Le progiciel CESAR LCPC Page 1 sur 4 Pr sentation rai Sources d information san Vous voulez Actualit s Manifestations Accueil gt Produits gt CESAR gt Pr sentation gt

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