Sujet de thèse IFSTTAR

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Fiche détaillée :

Titre : Dimensionnement de voies ferrées sur grave-bitume. Application à différents types de voies ferrées. Essai à échelle 1 sous le système de sollicitations SYSIFE

Laboratoire principal - Référent principal MAST - MIT  -  GABET Thomas      tél. : +33 240845684

Directeur du laboratoire principal SEDRAN Thierry  -

Laboratoire 2 - Référent MAST - LAMES  -  HORNYCH Pierre  -    -  tél. : +33 240845809

Laboratoire 3 - Référent COSYS - SII  -  LE CAM Vincent  -    -  tél. : +33 240845778

Spécialité de la thèse Mécanique, modélisation numérique, éléments finis, expérimentation échelle 1.

Axe 2 - COP2017 - Améliorer l'efficience et la résilience des infrastructures

Site principal Nantes

Etablissement d'inscription UNIVERSITE DE NANTES

Ecole doctorale Sciences de l'Ingénierie et des Systèmes (SIS)

Directeur de thèse prévu GABET Thomas  -  Université Gustave Eiffel  -  MAST - MIT

Co-directeur de thèse prévu HORNYCH Pierre  -  Université Gustave Eiffel  -  MAST - LAMES

Type de financement prévu Contrat doctoral  - Université Gustave Eiffel

Résumé

OBJECTIF.
L’objectif de ce projet est le développement de modèles numériques et d’un outil logiciel permettant le dimensionnement, la simulation de l’état structurel de la voie ferrée sur grave-bitume et sa possible évolution dans le temps. Cette thèse s'intéresse au comportement du ballast, de l'enrobé et du sol support.
CONTEXTE.
Les voies ferroviaires sur graves-bitume sont de plus en plus utilisées pour leurs nombreux avantages d’un point de vue environnemental, organisationnel, économique, mais aussi d’un point de vue de la maintenance. Elles nécessitent cependant une attention particulière, notamment en matière de dimensionnement qui impacte fortement la durée de vie de la structure et a des conséquences sur la perte de raideur et l’apparition de déformations permanentes.
Ces paramètres sont maîtrisés par le domaine routier qui dispose de méthodes de formulation et de dimensionnement adéquates.
Ainsi, l’objectif de ce nouveau projet consiste à s’inspirer des méthodes de formulation des enrobés routiers et des méthodes de dimensionnement des chaussées pour les adapter aux contraintes des voies ferrées notamment en termes de charges et au trafic ferroviaire. Ces méthodes sont bien calées pour les structures routières car de nombreux retours d’expérience ont permis de caler et d’affiner les paramètres de calculs de dimensionnement. Pour réaliser ce calage pour le ferroviaire, nous nous baserons sur un essai à échelle 1, en laboratoire, à l’aide du système de chargement SySIFe . Ce système permet de solliciter une voie ferrée de manière dynamique, en simulant le passage d’un essieu de train sur un tronçon court de voie ferrée. L’intérêt du dispositif SySIFe est double : il permet de parfaitement contrôler le trafic à simuler, et il permet d’instrumenter la voie de manière précise, afin d’observer son fonctionnement. De ce fait, la structure peut être observée en phase standard, mais il est aussi possible de l’amener prématurément à la fatigue ou la rupture afin de caractériser les modes principaux d’endommagement d’une telle structure.
C’est d’ailleurs grâce à ce type d’essai que nous pouvons caler les paramètres de dimensionnement de telles structures. Il s’agit là d’un retour d’expérience nécessaire pour une meilleure évaluation des coefficients de calage des méthodes utilisées.
LA THESE EN 4 POINTS.
Le projet DIMGRAB concernera les structures sur grave-bitume avec ballast.
Les grandes lignes du projet peuvent ainsi se résumer en quatre actions majeures :
• La réalisation d’un modèle de dimensionnement sur la base de l’adaptation des calculs de structures et des méthodes de dimensionnement routiers, l’estimation des efforts et déformations de chaque élément et couche avec CAST3M et SOLIDWORKS, puis l’évaluation de la durée de vie de la couche d’enrobé avec le logiciel Alizé.
• La réalisation d’un essai de laboratoire à échelle 1 sur une structure sous ballast type BPL réalisée par EIFFAGE (à prioriser car plus intéressant industriellement. En effet, ce type de voie est le plus souvent utilisé notamment pour les LGV), et sous le dispositif SySIFe simulant un trafic ferroviaire sur une voie ferrée avec grave bitume en couche d’assise sur sol « souple », EV2=<50MPa
• Le suivi et l’analyse de l’évolution au cours du temps des paramètres de la voie, notamment en termes de raideur et de tassement, pour le ballast et l'enrobé, et la détermination des bonnes valeurs des paramètres du code de calcul CAST3M et des paramètres « de calage » Alizé.
• La vérification de l’extrapolation du modèle pour d’autres types de structures : Structure sous ballast avec des portances de sols différentes, des trains différents.

Mots-clefs: Mécanique, modélisation, enrobés bitumineux, ballast, voies ferrées, infrastructures ferroviaires, viscoélasticité, viscoplasticité, éléments finis, expérimentation, essais échelle 1, SYSIFE, sollicitations dynamiques.

Laboratoire principal - Référent principal	MAST - MIT - GABET Thomas tél. : +33 240845684
Directeur du laboratoire principal	SEDRAN Thierry -
Laboratoire 2 - Référent	MAST - LAMES - HORNYCH Pierre - - tél. : +33 240845809
Laboratoire 3 - Référent	COSYS - SII - LE CAM Vincent - - tél. : +33 240845778
Spécialité de la thèse	Mécanique, modélisation numérique, éléments finis, expérimentation échelle 1.
Axe	2 - COP2017 - Améliorer l'efficience et la résilience des infrastructures
Site principal	Nantes
Etablissement d'inscription	UNIVERSITE DE NANTES
Ecole doctorale	Sciences de l'Ingénierie et des Systèmes (SIS)
Directeur de thèse prévu	GABET Thomas - Université Gustave Eiffel - MAST - MIT
Co-directeur de thèse prévu	HORNYCH Pierre - Université Gustave Eiffel - MAST - LAMES
Type de financement prévu	Contrat doctoral - Université Gustave Eiffel
Résumé OBJECTIF. L’objectif de ce projet est le développement de modèles numériques et d’un outil logiciel permettant le dimensionnement, la simulation de l’état structurel de la voie ferrée sur grave-bitume et sa possible évolution dans le temps. Cette thèse s'intéresse au comportement du ballast, de l'enrobé et du sol support. CONTEXTE. Les voies ferroviaires sur graves-bitume sont de plus en plus utilisées pour leurs nombreux avantages d’un point de vue environnemental, organisationnel, économique, mais aussi d’un point de vue de la maintenance. Elles nécessitent cependant une attention particulière, notamment en matière de dimensionnement qui impacte fortement la durée de vie de la structure et a des conséquences sur la perte de raideur et l’apparition de déformations permanentes. Ces paramètres sont maîtrisés par le domaine routier qui dispose de méthodes de formulation et de dimensionnement adéquates. Ainsi, l’objectif de ce nouveau projet consiste à s’inspirer des méthodes de formulation des enrobés routiers et des méthodes de dimensionnement des chaussées pour les adapter aux contraintes des voies ferrées notamment en termes de charges et au trafic ferroviaire. Ces méthodes sont bien calées pour les structures routières car de nombreux retours d’expérience ont permis de caler et d’affiner les paramètres de calculs de dimensionnement. Pour réaliser ce calage pour le ferroviaire, nous nous baserons sur un essai à échelle 1, en laboratoire, à l’aide du système de chargement SySIFe . Ce système permet de solliciter une voie ferrée de manière dynamique, en simulant le passage d’un essieu de train sur un tronçon court de voie ferrée. L’intérêt du dispositif SySIFe est double : il permet de parfaitement contrôler le trafic à simuler, et il permet d’instrumenter la voie de manière précise, afin d’observer son fonctionnement. De ce fait, la structure peut être observée en phase standard, mais il est aussi possible de l’amener prématurément à la fatigue ou la rupture afin de caractériser les modes principaux d’endommagement d’une telle structure. C’est d’ailleurs grâce à ce type d’essai que nous pouvons caler les paramètres de dimensionnement de telles structures. Il s’agit là d’un retour d’expérience nécessaire pour une meilleure évaluation des coefficients de calage des méthodes utilisées. LA THESE EN 4 POINTS. Le projet DIMGRAB concernera les structures sur grave-bitume avec ballast. Les grandes lignes du projet peuvent ainsi se résumer en quatre actions majeures : • La réalisation d’un modèle de dimensionnement sur la base de l’adaptation des calculs de structures et des méthodes de dimensionnement routiers, l’estimation des efforts et déformations de chaque élément et couche avec CAST3M et SOLIDWORKS, puis l’évaluation de la durée de vie de la couche d’enrobé avec le logiciel Alizé. • La réalisation d’un essai de laboratoire à échelle 1 sur une structure sous ballast type BPL réalisée par EIFFAGE (à prioriser car plus intéressant industriellement. En effet, ce type de voie est le plus souvent utilisé notamment pour les LGV), et sous le dispositif SySIFe simulant un trafic ferroviaire sur une voie ferrée avec grave bitume en couche d’assise sur sol « souple », EV2=<50MPa • Le suivi et l’analyse de l’évolution au cours du temps des paramètres de la voie, notamment en termes de raideur et de tassement, pour le ballast et l'enrobé, et la détermination des bonnes valeurs des paramètres du code de calcul CAST3M et des paramètres « de calage » Alizé. • La vérification de l’extrapolation du modèle pour d’autres types de structures : Structure sous ballast avec des portances de sols différentes, des trains différents.
Mots-clefs:	Mécanique, modélisation, enrobés bitumineux, ballast, voies ferrées, infrastructures ferroviaires, viscoélasticité, viscoplasticité, éléments finis, expérimentation, essais échelle 1, SYSIFE, sollicitations dynamiques.

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