[pt] Neste trabalho, o comportamento tridimensional de tubos multicamadas com escorregamento entre camadas, sob grandes deslocamentos, para aplicação em análise global de risers e dutos é avaliado. Foi desenvolvido um novo elemento finito, considerando o modelo de viga de Timoshenko em cada camada. O elemento contempla os graus de liberdade axial, flexional e torcional, todos variando ao longo do elemento de acordo com as funções de interpolação de Hermite: carregamentos axial e torcional constantes e momentos fletores lineares. As deformações de cisalhamento também foram consideradas na formulação do elemento através de graus de liberdades generalizados, constantes ao longo do elemento. A formulação também considera modelos de contato não-lineares para representar várias possibilidades de atrito entre camadas, através da representação apropriada da relação constitutiva para as tensões de cisalhamento no material adesivo. O trabalho também apresenta os carregamentos hidrostáticos e hidrodinâmicos devidos aos fluidos interno e externo, atuando nos graus de liberdade das respectivas camadas. As forças de arrasto e de inércia devidas ao fluido externo foram calculadas através da fórmula de Morison. As matrizes de massa e amortecimento, associadas a cada camada do elemento, são obtidas através da consideração das respectivas contribuições na expressão do trabalho virtual desenvolvido pelo carregamento externo. O elemento finito desenvolvido permite a representação numérica de risers com camadas aderentes ou não aderentes, incluindo os efeitos de pequenos deslocamentos entre camadas. O problema de interação solo-estrutura também é tratado neste trabalho, sendo que dois modelos de contato entre o solo e o duto são propostos. A formulação do elemento e o seu desempenho numérico são avaliados através de alguns exemplos de aplicação e os resultados são comparados com outros resultados numéricos ou analíticos disponíveis na literatura. Os resultados mostram que o novo elemento é uma solução simples, robusta e confiável para análise de tubos em multicamadas. / [en] This work addresses the behavior of three-dimensional multilayered pipe beams with interlayer slip condition, under general three-dimensional large displacements, in global riser and pipeline analysis. A new finite element model, considering the Timoshenko beam for each element layer, has been formulated and implemented. It comprises axial, bending and torsional degrees-of-freedom, all varying along the element length according to discretization using Hermitian functions: constant axial and torsional loadings, and linear bending moments. Transverse shear strains due to bending are also considered in the formulation by including two generalized constant degrees-of-freedom. To represent various friction conditions between the element layers, nonlinear contact models are considered. These conditions are accounted in the model through a proper representation of the constitutive relation for the shear stresses behavior in the binding material. Derivations of hydrostatic and hydrodynamic loadings due to internal and external fluid acting on respective element layers are presented. The drag and inertia forces due to external fluid are calculated by using the Morison equation. Mass and damping matrices, associated to each element layer, are properly derived by adding their respective contributions to the expression of the virtual work due to external loading. The FE implementation allows for the numerical representation of either bonded or unbonded multilayered risers, including small slip effects between layers. Effects of the pipe-soil interaction are also addressed in this work with two contact models considering either no or full interaction between friction forces in longitudinal and lateral directions, respectively. The element formulation and its numerical capabilities are evaluated by some numerical testing, which are compared to other numerical or analytical solutions available in the literature. These tests results show that the proposed element provides a simple yet robust and reliable tool for general multilayered piping analyses.

Submitted by Angela Maria de Oliveira (amolivei@uepg.br) on 2019-02-27T11:49:16Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Gustavo Antoniacomi de Carvalho.pdf: 6310308 bytes, checksum: 8e1efd9d86bc5a1adf80b45bba2a3985 (MD5) / Made available in DSpace on 2019-02-27T11:49:16Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Gustavo Antoniacomi de Carvalho.pdf: 6310308 bytes, checksum: 8e1efd9d86bc5a1adf80b45bba2a3985 (MD5) Previous issue date: 2018-01-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Cerâmicas porosas vêm ganhando visibilidade devido a algumas aplicações tecnológicas interessantes, tais como a utilização em eletrólitos sólidos, ânodos de células a combustível, filtros cerâmicos e reposição óssea e dental. Dentre elas, há especial atenção ao estudo de materiais porosos com porosidade graduada, nos quais a quantidade de poros e a morfologia dos mesmos se alteram pelo volume do material. Nesse trabalho foi realizado o processamento e caracterização de materiais cerâmicos de alumina com porosidade graduada a partir das técnicas de freeze casting e colagem de barbotina, utilizando hidróxido de alumínio e amido de arroz como fases de sacrifício. Após a conformação das amostras por esses métodos, a porosidade foi caracterizada por microscopia eletrônica de varredura, pelas medidas de porosidade aparente feita pelo Princípio de Arquimedes e pela distribuição de tamanho de poros feita pela técnica de porosimetria de mercúrio. Foi avaliada também a resistência mecânica das amostras a partir de ensaio de compressão. Foi confirmada a relação entre as amostras processados isoladamente e suas respectivas camadas nas amostras graduadas. Foi observada também uma boa interação interfacial entre cada uma das camadas das amostras graduadas. A porosidade das amostras com porosidade graduada se manteve próxima do esperado, o valor esperado foi determinado a partir da média das amostras processadas isoladamente em relação às camadas do material com porosidade graduada. O ensaio mecânico demonstrou que não houve influência das interfaces dos materiais graduados na sua resistência à compressão. / Porous ceramics have been gaining visibility due to some interesting technological applications, such as its use as solid electrolytes, fuel cell anodes, ceramic filters and bone and dental reposition. Among them, there is special care in studying graded porosity materials, where the quantity of pores and pore morphology changes through the material volume. In this work the processing and characterization of alumina ceramic materials with functionally graded porosity by freeze casting and slip casting techniques using aluminum hydroxide and rice starch as sacrificial template was performed. After conformation, the porosity was characterized through electron scanning microscopy, apparent porosity through Archimedes method and median pore size through mercury porosimetry. The mechanical resistance was also obtained by compression testing. The analysis allowed to confirm the relation between each of the isolated samples’ microstructure and its respective layer in each of the graded materials, also, the graded materials shown good interfacial interaction between each of the layers. The porosity in graded materials kept close to the expected value, which was determined by the medium value of the porosities of the isolated samples respective to the graded material. Mechanical testing shown that there was no influence of the graded material interfaces in its compressive strength.

Les propriétés magnétiques et mécaniques des alliages Fe-49%Co-2%V et Fe-27%Co, utilisés respectivement dans les générateurs et les transformateurs électriques de l’aéronef, ont été étudiées en fonction des traitements thermiques. Concernant le Fe-49%Co-2%V, les résultats expérimentaux ont montré que les propriétés magnétiques et mécaniques dépendent de la distance entre les interfaces qui séparent les cristallites présents dans la microstructure et ceci quel que soit le taux de recristallisation. Le champ coercitif dépend linéairement de l’inverse de la distance entre ces interfaces et la limite d’élasticité suit une loi de Hall et Petch modifiée pour tenir compte des sous-joints. De plus, une relation linéaire entre la contrainte de friction de la loi de Hall et Petch avec le taux d’ordre à grande distance mesuré par diffraction de neutrons a été établie. Finalement, en s’appuyant sur l’expérience, une loi polynomiale de degré deux reliant les pertes magnétiques et la limite d’élasticité a été proposée. Concernant l’alliage Fe-27%Co, un suivi de l’évolution de la composante de Goss {011}<100> pendant le processus de fabrication a été réalisé. Cette composante est recherchée car favorable pour les propriétés magnétiques. Il a été trouvé que l’origine de cette texture est intimement liée au cisaillement développé lors du laminage à chaud. De plus, le développement de la texture {111}<112> de déformation à froid a été étudié. Le système de glissement {110}<111>, majoritairement activé, a été mis en évidence via un couplage d’analyses EBSD et de simulations VPSC. Au cours de la déformation plastique, les composantes de Goss et Cube tournée ({001}<110>) tournent afin de positionner leur plan {110} pour le glissement facile. Ces rotations, respectivement de 35° et 55° autour de la direction transverse, permettent de former la composante {111}<112>. / Magnetic and mechanical properties of Fe-49%Co-2%V and Fe-27%Co alloys, used in electric generators and transformers of the aircraft, have been investigated as a function of heat treatments. As regards to Fe-49%Co-2%V alloy, experimental results have shown that the magnetic and mechanical properties depend on the boundary spacing, which separate the microstructure crystallites, whatever the recrystallized fraction. The coercivity depends linearly on the inverse of the boundary spacing and the yield strength follows a modified Hall Petch relationship by taking into account the sub-grain size. Moreover, a linear relationship between the frictional stress and the long range order degree measured by neutron diffraction has been established. Finally, based on the experiment, a square polynomial degree relationship between the magnetic losses and the yield stress has been proposed. As respect to the Fe-27%Co alloy, the evolution of the {011}<100> Goss component during the manufacturing process has been investigated. This sought component is favorable for the magnetic properties of the sheet. It has been found that the origin of this texture is related to its development by shearing during hot rolling. Moreover, the development of the {111}<112> cold deformation texture was studied. It has been established by coupling EBSD analysis and simulation based on VPSC model that the {110}<111> system is the predominant active slip system during the plastic deformation. During the deformation, the Goss and the rotated Cube ({001}<110>) components, rotate of 35° and 55° respectively with regard to the transverse direction. That happens in order to place the active slip plane {110} in the favorable position for gliding to develop the {111}<112> component.

Le basin du Qaidam, situé sur la bordure nord du Plateau Tibétain est unique au monde en ce qu’il représente le bassin intracontinental le plus profond bien que situé sur le plus haut plateau et la plus épaisse croute continentale actuels. Comprendre le développement et l’évolution de ce bassin en lien avec la collision Inde-Asie a des implications multiples pour la géologie du Tibet en particulier et la tectonique continentale en général. De nombreuses études incluant de la thermochronologie, de la paléobotanique, du paléomagnétisme, de la paléoaltimétrie, de la sédimentologie et de la géologie structurale se sont intéressées à l’histoire tectonique et topographique de cette région. Toutefois la topographie initiale de la région actuellement représentée par le Plateau Tibétain ainsi que les premiers stades de développement du plateau restent méconnus et très débattus. Les travaux présentés ici sont basés sur des données de terrain, de sismique 2D et 3D, de géochimie, de géochronologie détritique, de sédimentologie et d’analyse d’images satellitaires. Ils décrivent: 1) l’évolution cénozoïque conjointe du bassin du Qaidam et de la chaine des Eastern Kunlun ; 2) les relations entre la sédimentation dans le bassin du Qaidam et la tectonique le long de la faille de l’Altyn Tagh ; 3) une estimation quantitative de l’extrusion latérale du nord Tibet les long du système Altyn Tagh – Qilian Shan ; 4) la nature et la typologie du bassin du Qaidam. Je démontre que la chaîne du Kunlun formait un relief en érosion au Paléocène et que la zone de dépôt du bassin du Qaidam s’est élargie vers le sud jusqu’à l’Oligocène. Dès le Miocène inférieur le SO du bassin du Qaidam était limité par un système tectonique décrochant. L’accroissement du relief dans les chaines du Kunlun et de l’Altyn Tagh entraine alors un isolement puis un rétrécissement du bassin. Je suggère que la faille de l’Altyn Tagh qui forme la bordure nord du Plateau, a accommodé environs 360 km de déplacement depuis sont initiation au Miocène inférieur. Cette déformation est prise en compte par du décrochement et de l’épaississement dans les Qilian Shan, de l’épaississement crustal dans les Qinling et de l’extension dans le système de grabens de Chine du Nord. Enfin, je conclu que le bassin du Qaidam est contrôlé conjointement par les failles décrochantes de l’Altyn Tagh et du Kunlun Est. La superposition dans le temps et l’espace des effets de ces deux décrochements majeurs durant le Cénozoïque a contrôlé l’évolution du bassin et la répartition des réserves d’huile et de gaz. / The Qaidam basin, located within the northern Tibetan plateau, is the deepest intracontinental basin, yet located in the highest plateau with the thickest continental crust. Understanding how this peculiar basin developed has broad implications for the Tibetan geology in particular and for continental tectonics in general. Many approaches have been used to decipher the tectonic and topographic history of that region, however, the initial topography of the area now represented by the northern Tibetan plateau, as well as the early stages of development of the present day topography remain poorly constrained and highly debated. In order to better understand the Cenozoic evolution of the Qaidam basin and its surrounding regions (including Eastern Kunlun Range to the south, Altyn Tagh Range to the northwest, and Qilian Shan to the northeast), four critical issues are addressed in this thesis: 1) the Cenozoic joint tectonic evolution of the Qaidam basin and the Eastern Kunlun Range; 2) the interplay between the sedimentation within the Qaidam basin and the active tectonics within the Altyn Tagh Range; 3) a quantitative estimate of the lateral extrusion along the Altyn Tagh Fault-Qilian Shan tectonic system; 4) the nature and classification of the Qaidam basin. I suggest that the SW Qaidam basin has been bordered by a series of strike-slip faults to the south since the Early Miocene, rather than, as previously suggested by a continuous northward or southward thrusting system. Based on U-Pb dating (LA-ICP-MS) of detrital zircons collected from 4 sections (Paleocene to Holocene) within the southwestern Qaidam basin combined with provenance analysis and new seismic profile interpretation, I demonstrated that the Eastern Kunlun Range was already exhumed prior to the Paleocene. I show that the Qaidam basin was widening southward during thet early Cenozoic period (Paleocene to Oligocene). From Oligocene the relief of the Eastern Kunlun and Altyn Tagh ranges increased, leading to isolation and narrowing of the Qaidam basin from Miocene to the present. Along the northern edge of the basin, I identified the Tula-Huatugou and Anxi-Eboliang regions as residual parts of the original Qaidam basin. I suggest that the Altyn Tagh Fault has experienced a total of ~360 km of displacement since its Early Eocene initiation. Based on this ~360 km northeastward migration of the relatively rigid Qaidam block along the Altyn Tagh Fault and 3D isovolumetric balance of the crustal deformation within the Altyn Tagh Fault – Qilian Shan system, I demonstrate that 250 ± 28 km (43.8~49.4 %) of N20E directed crustal shortening and an additional ~250 to ~370 km of eastward motion of the Qilian Shan crust must be accounted for by strike-slip faulting in the Qilian Shan and crustal thickening in the Qinling area, as well as extension in the adjoining North China block graben systems.

El sistema de señalización vial horizontal para carretera convencional es uno de los elementos del equipamiento viario que guarda mayor relación con la seguridad vial. Por ello, la investigación de nuevos materiales y sistemas de aplicación que contribuyan a la mejora de los parámetros físico-ópticos de las marcas viales es vital para el aumento del nivel de servicio de la carretera y, además, para colaborar en la disminución de la siniestralidad en carretera. Por tal motivo, en la presente tesis doctoral se han estudiado las características esenciales de las marcas viales: visibilidad diurna, visibilidad nocturna, resistencia al deslizamiento y durabilidad en busca de la óptima señalización vial horizontal en carretera convencional. Para ello se han desarrollado tres estudios de investigación en tres campos de prueba ejecutados in-situ en distintas carreteras convencionales. En cada uno de ellos se ha evaluado y se han extraído conclusiones que nos han permitido seguir avanzando en la misma línea de investigación a través de los siguientes estudios. En el primer estudio llevado a cabo, se analizaron 81 combinaciones de materiales, aplicadas en el campo de pruebas in-situ nº 1 localizado en la CV-9006 con tipología de travesía, variando el tipo de material base, el material de post-mezclado, sus dosificaciones y los sistemas de aplicación. Para ello se estudiaron los dos parámetros fundamentales: factor de luminancia β y la retrorreflexión RL en seco, para las probetas recién aplicadas, al mes y a los seis meses de antigüedad. Para el segundo estudio se utilizaron materiales y sistemas de aplicación nuevos consiguiendo 14 probetas en cada sentido de circulación, que forman un total de 28 probetas. Éstas fueron ejecutadas in-situ en la CV-8354 y se analizaron los parámetros esenciales de las marcas viales: factor de luminancia β, retrorreflexión RL en seco y coeficiente de rozamiento SRT. El tercer estudio se compuso de 18 combinaciones de materiales para cada sentido de circulación, con un total de 36 probetas, en el campo de pruebas nº 3 de la carretera CV-904. En este caso, los parámetros característicos analizados de las probetas fueron: factor de luminancia β, coordenadas cromáticas (x,y), coeficiente de luminancia en iluminación difusa Qd, retrorreflexión RL en seco, retrorreflexión RL en húmedo y coeficiente de rozamiento SRT para las 36 probetas recién aplicadas, al mes, a los 6 meses, a los 12 meses y a los 18 meses desde su fabricación. Finalmente, tras el análisis cuantitativo y cualitativo de todos los parámetros fotométricos que caracterizan las marcas viales, se ha conseguido establecer el sistema de señalización vial horizontal óptimo para carretera convencional y sus pautas de comportamiento a lo largo del tiempo.

Ce manuscrit concerne l'analyse tectonique et géomorphologique du système de failles de Longriba (LFS), localisé à l'Est du plateau tibétain à environ 200 km au Nord-ouest de la chaîne des Longmen Shan. Le LFS est constitué de deux zones de failles décrochantes dextres, parallèles et d'orientation N55°E : la faille de Longriqu, au Nord, et la faille de Maoergai, au Sud. Le rôle géodynamique de ce système est primordial puisqu'il accommode 5 ± 1 mm/an de la composante décrochante induite par la convergence oblique du bloc Aba, elle-même liée à la collision Inde-Asie. De plus, le LFS partitionne la déformation de la marge Est tibétaine; les structures des Longmen Shan étant essentiellement chevauchantes. Cependant l'histoire long-terme du LFS est mal contrainte. L'objectif de cette thèse est donc d'apporter des informations spatio-temporelles sur l'activité du système à l'échelle du Cénozoïque. Pour cela trois études ont été réalisées. La première a permis de mieux contraindre le comportement sismogénique des deux zones de failles à l'aide d'images satellites de basse (90m) et très haute résolution (50cm). L'analyse des déplacements cumulés le long de la faille de Maoergai a permis de proposer que celle-ci était active vers ~15Ma. La seconde étude a mis en évidence un contrôle du système sur la répartition des taux de dénudation au travers de la marge Est tibétaine à l'échelle de l'Holocène. Enfin, les données de thermochronologie basse température suggèrent que la faille de Maoergai a accommodé un mouvement vertical vers ~10Ma. Ce mouvement est probablement lié au rebond isostatique de la marge, découplé du mouvement décrochant qu'elle accommode à la même période. / This manuscript concerns the tectonic and geomorphic analysis of the Longriba fault system (LFS), located in the eastern Tibetan plateau at about 200 km north-west of the Longmen Shan. The LFS consists of two dextral strike-slip fault zones, parallel and N55 °-trending: the Longriqu fault to the north and the Maoergai fault the south. The geodynamic role of the system is essential as accommodates 5 ± 1 mm / year of the slip component induced by the oblique convergence of the Aba block, itself linked to the India-Asia collision. In addition, the LFS partitions the deformation of the east Tibetan margin; the structures of the Longmen Shan are mainly thrust faults. However the long-term history of LFS is poorly constrained. The objective of this thesis is to bring spatial and temporal information on system activity throughout the Cenozoic. To do so, three studies were performed. The first led to better constrain the seismogenic behavior of the two fault zones with low resolution (90m) and very high resolution satellite images (50cm). The analysis of cumulative displacements along the Maoergai fault allowed to propose that it was active at ~ 15 Ma. The second study showed that the system controls the distribution of the denudation rates over the EastTibetan margin throughout the Holocene. Finally, the low-temperature thermochronology data suggest that, in particular, the Maoergai fault has accommodated a vertical movement at ~ 10 Ma. This movement is probably related to the isostatic rebound of the margin, decoupled from the strike-slip movement it accommodates at the same period.

La partie ouest du rift de Corinthe, en Grèce, s'ouvre à une vitesse d'environ 15 mm par an générant un taux de déformation parmi les plus élevés au monde, quelques séismes destructeurs de magnitude M>6 par décennie, et une forte activité microsismique irrégulière spatialement et temporellement. Afin de mieux comprendre les mécanismes liés à cette déformation crustale et de préciser les structures majeures actives, ce travail de recherche exploite la base de données sismologiques du Corinth Rift Laboratory de 2000 à 2015 en analysant finement les microséismes et leur évolution spatio-temporelle. La relocalisation globale des sources sismiques ainsi que leur classification en multiplets ont permis de préciser la géométrie des failles et d'identifier des comportements mécaniques différents. La zone ouest, au milieu du golfe, est affectée par des variations de pressions de fluides dans une couche géologique, entraînant des migrations des essaims de microséismes à des vitesses d'environ 50 m par jour. Les multiplets profonds de la partie centrale, près de la côte nord, sont persistants et semblent déclenchés par des épisodes de glissements lents asismiques sur un détachement immature pouvant atteindre la croûte ductile. Le faible pourcentage de déclenchement dynamique par les ondes sismiques suggère que l'état global du système de failles n'est pas au seuil critique de rupture. La magnitude des séismes est corrélée à l'impulsivité initiale de la rupture. Ces résultats précisent la dynamique de déformation du rift, les interactions sismique-asismiques, et permettront d'améliorer les modèles d'aléas sismiques de la région / The western part of the Corinth Rift in Greece is opening at about 15 mm per year, generating one of the highest deformation rates in the world, some destructive earthquakes of magnitude M>6 per decade, and high microseismic activity irregular in space and time. In order to better understand the mechanisms related to this crustal deformation and to specify the major active structures, this research work makes use of the seismological database of the Corinth Rift Laboratory from 2000 to 2015 by finely analyzing microearthquakes and their spatio-temporal evolution. The global relocation of the seismic sources and their classification into multiplets enable to refine the geometry of the faults and to identify different mechanical behaviors. The western zone, in the middle of the gulf, is affected by fluctuations of fluid pore pressures in a geological layer, resulting in microseismic swarm migrations at a velocity of about 50 m per day. The deep multiplets of the central part, near the northern coast, are persistent and appear to be triggered by episodes of slow aseismic slip along an immature detachment, which can reach the ductile crust. The low percentage of dynamic triggering by passing seismic waves suggests that the overall state of the fault system is not at the critical breaking point. The magnitude of earthquakes is correlated with the initial impulsiveness of the rupture. These results specify the dynamics of the rift deformation, the seismic-aseismic interactions, and will make possible the improvement of the seismic hazard models of the region

L'apparition récente de nouveaux matériaux dans les structures de chaussée associée à une diminution de l'épaisseur des couches de surface et une augmentation du chargement des poids lourds et de leur fréquence de passage a entrainé de nouvelles pathologies de dégradation. Outre les problèmes d'orniérage bien connus, apparaissent désormais des fissures descendantes (top down cracking) ainsi que des problèmes de décohésion aux interfaces. Ces nouvelles pathologies entrainent des dépenses considérables sur l'ensemble du réseau (environ 15 milliards d'euros par an), particulièrement en zones urbanisées plus sujettes aux dégradations de surface et ne permettent pas d'estimer convenablement les durées de vie de la chaussée, le plus souvent surestimée dans les méthodes de dimensionnement actuelles. Ce travail de doctorat propose une nouvelle approche du contact pneu-chaussée permettant de mieux appréhender les contraintes principales et résiduelles dans une structure de chaussée bitumineuse. A l'aide d'un outil numérique rapide de calcul basé sur une approche semi-analytique (« Semi-Analytical Methods » (SAM)), la géométrie précise du pneumatique est intégrée afin d'obtenir une répartition de pression de contact ainsi qu'un cisaillement surfacique réelle sur la chaussée. Dans un premier temps, un modèle de contact roulant tractif élastique est implémenté pour des cas théoriques simples et validé par des résultats analytiques et numériques de la littérature. Ensuite, ce modèle est étendu pour prendre en compte le comportement élasto-plastique des corps en contact. Ce dernier est comparé à un résultat numérique basé sur la méthode des éléments finis issu de la littérature. Les résultats, pour une application contact pneu-chaussée, montrent une répartition non homogène des contraintes dans la structure et principalement dans les premiers centimètres sous la surface avec des niveaux beaucoup plus importants que peuvent le prédire les modèles actuels qui utilisent une charge uniformément répartie. La pression de contact est comparée aux mesures effectuées par un système nommé TekScan et les champs mécaniques en sous couches sont comparés à ceux d'Alizé-LCPC dans le cas d'une structure simple. Les cisaillements surfaciques sont déterminés dans le cas du roulement tractif. Une application est effectuée sur la modélisation des dégradations des chaussées en surface. Dans un premier temps, des analyses sur le comportement de la chaussée en surface sont effectuées pour une couche de béton bitumineux semi grenu (BBSG) semi-infinie supposée élastique, homogène sous conditions d'accélération, de freinage et de virage. Pour des études sur le top down cracking, des déformations et directions principales sont déterminées et analysées. Ensuite, le modèle de contact élasto-plastique est appliqué sur une couche semi-infinie de grave bitume GB3. Des déformations et contraintes résiduelles générées dans la structure sont déterminées en vue d'une analyse sur les ornières d'instabilité. Une fois validés, ces résultats permettront d'estimer plus fidèlement la durée de vie résiduelle des chaussées mais également de comprendre et d'éviter les mécanismes de dégradation en surface ou proche de la surface. / The recent appearance of new materials in road structures associated with surface layers thickness decreasing and the increasing of trucks loading and their passage frequency has led to new pathologies of degradation. In addition to the well-known rutting problems, top down cracking is now appearing as well as problems of decohesion at the interfaces. These new pathologies led to considerable expenditure on the entire network (around 15 billion euros per year), particularly in urbanized areas that are more prone to surface damage and do not make it possible to adequately estimate the lifetimes of the roadway, most often overestimated in current design methods. This doctoral work proposes a new approach of the tire-road contact allowing for better apprehend of the main and residual stresses in a bituminous pavement structure. Using a fast numerical tool based on a semi-analytical approach ("Semi-Analytical Methods" (SAM)), the precise geometry of the tire is integrated in order to obtain a real contact pressure distribution as well as surface shear on the pavement surface. Initially, an elastic tractive rolling contact model is implemented for simple theoretical cases and validated by analytical and numerical results from the literature.Then, this model is extended to take into account the elastoplastic behavior of the bodies in contact. This is compared to a numerical result based on the nite element method from the literature. The application for tire-pavement contact results, show a non-uniform distribution of stresses in the structure and mainly in the rst centimeters below the surface with much higher levels than can be predicted by current models that use a uniformly distributed load. The contact pressure is compared to the measurements made by a system called TekScan and the mechanical elds in sublayers are compared to those of Alizé-LCPC in the case of a simple structure. The surface shears are determined in the case of tractive rolling. An application is carried out on the modeling of surface pavement damage. Firstly, analyzes of the behavior of the surface pavement are carried out for a semi-innite semi-grit asphalt concrete layer supposed to be elastic, homogeneous under conditions of acceleration, braking and turning. For studies on top down cracking, principals deformations and directions are determined and analyzed. Then, the elastoplastic contact model is applied on a semi-innite asphalt agragate layer. Deformations and residuals stresses generated in the structure are determined for an analysis on the instability ruts. Once validated, these results will make it possible to more accurately estimate the residual life of pavements but also to understand and avoid surface or near surfacedegradation mechanisms.

A walkway tribometer measures the coefficient of friction between flooring material and a test foot. The value of the coefficient of friction is an indicator as to whether the flooring surface is slippery and has a propensity to cause slip and falls. This study determined that one style of tribometer, an XL Tribometer, mimics the heel-to-floor interaction of the human heel strike. High speed video footage revealed that the test foot strikes the surface and rotates so that full engagement occurs before sliding thus mimicking the affect of a human ankle. The test foot accelerates forward as would be expected during a human slip event. The manufacturer’s reported impact speed of 11 in/s, when set to the operating pressure of 25psi, was found to be much lower than measured speeds of three calibrated tribometers. Three XL tribometers were tested and provided a range of impact speeds from 17.4 to 22.7 in/s (n=540) when set to the operating pressure of 25 psi. The pressure setting was found to have a significant effect on the impact speed while the mast angle had an insignificant affect. A review of human walking studies revealed a range of pedestrian heel impact speeds on the order of 19.4 to 45.3 in/s during normal human ambulation activities. These tribometers fell on the low side of this speed range. A sensitivity study showed that the measured value of the coefficient of friction tends to decrease with a higher impact speed. This COF decrease was on the order of 0.02 and below the machine resolution and considered inconsequential within the walkway safety community.

Ein transversales Störungssystem im Nahen Osten, die Dead Sea Transform (DST), trennt die Arabische Platte von der Sinai-Mikroplatte und erstreckt sich von Süden nach Norden vom Extensionsgebiet im Roten Meer über das Tote Meer bis zur Taurus-Zagros Kollisionszone. Die sinistrale DST bildete sich im Miozän vor etwa 17 Ma und steht mit dem Aufbrechen des Afro-Arabischen Kontinents in Verbindung. Das Untersuchungsgebiet liegt im Arava Tal zwischen Totem und Rotem Meer, mittig über der Arava Störung (Arava Fault, AF), die hier den Hauptast der DST bildet.<br /> <br /> Eine Reihe seismischer Experimente, aufgebaut aus künstlichen Quellen, linearen Profilen über die Störung und entsprechend entworfenen Empfänger-Arrays, zeigt die Untergrundstruktur in der Umgebung der AF und der Verwerfungszone selbst bis in eine Tiefe von 3-4 km. Ein tomographisch bestimmtes Modell der seismischen Geschwindigkeiten von P-Wellen zeigt einen starken Kontrast nahe der AF mit niedrigeren Geschwindigkeiten auf der westlichen Seite als im Osten. Scherwellen lokaler Erdbeben liefern ein mittleres P-zu-S Geschwindigkeitsverhältnis und es gibt Anzeichen für Änderungen über die Störung hinweg. Hoch aufgelöste tomographische Geschwindigkeitsmodelle bestätigen der Verlauf der AF und stimmen gut mit der Oberflächengeologie überein. <br /> <br /> Modelle des elektrischen Widerstands aus magnetotellurischen Messungen im selben Gebiet zeigen eine leitfähige Schicht westlich der AF, schlecht leitendes Material östlich davon und einen starken Kontrast nahe der AF, die den Fluss von Fluiden von einer Seite zur anderen zu verhindern scheint. Die Korrelation seismischer Geschwindigkeiten und elektrischer Widerstände erlaubt eine Charakterisierung verschiedener Lithologien im Untergrund aus deren physikalischen Eigenschaften. Die westliche Seite lässt sich durch eine geschichtete Struktur beschreiben, wogegen die östliche Seite eher einheitlich erscheint. Die senkrechte Grenze zwischen den westlichen Einheiten und der östlichen scheint gegenüber der Oberflächenausprägung der AF nach Osten verschoben zu sein.<br /> <br /> Eine Modellierung von seismischen Reflexionen an einer Störung deutet an, dass die Grenze zwischen niedrigen und hohen Geschwindigkeiten eher scharf ist, sich aber durch eine raue Oberfläche auf der Längenskala einiger hundert Meter auszeichnen kann, was die Streuung seismischer Wellen begünstigte. Das verwendete Abbildungsverfahren (Migrationsverfahren) für seismische Streukörper basiert auf Array Beamforming und der Kohärenzanalyse P-zu-P gestreuter seismischer Phasen. Eine sorgfältige Bestimmung der Auflösung sichert zuverlässige Abbildungsergebnisse.<br /> <br /> Die niedrigen Geschwindigkeiten im Westen entsprechen der jungen sedimentären Füllung im Arava Tal, und die hohen Geschwindigkeiten stehen mit den dortigen präkambrischen Magmatiten in Verbindung. Eine 7 km lange Zone seismischer Streuung (Reflektor) ist gegenüber der an der Oberfläche sichtbaren AF um 1 km nach Osten verschoben und lässt sich im Tiefenbereich von 1 km bis 4 km abbilden. Dieser Reflektor markiert die Grenze zwischen zwei lithologischen Blöcken, die vermutlich wegen des horizontalen Versatzes entlang der DST nebeneinander zu liegen kamen. Diese Interpretation als lithologische Grenze wird durch die gemeinsame Auswertung der seismischen und magnetotellurischen Modelle gestützt. Die Grenze ist möglicherweise ein Ast der AF, der versetzt gegenüber des heutigen, aktiven Asts verläuft. Der Gesamtversatz der DST könnte räumlich und zeitlich auf diese beiden Äste und möglicherweise auch auf andere Störungen in dem Gebiet verteilt sein. / The Dead Sea Transform (DST) is a prominent shear zone in the Middle East. It separates the Arabian plate from the Sinai microplate and stretches from the Red Sea rift in the south via the Dead Sea to the Taurus-Zagros collision zone in the north. Formed in the Miocene about 17 Ma ago and related to the breakup of the Afro-Arabian continent, the DST accommodates the left-lateral movement between the two plates. The study area is located in the Arava Valley between the Dead Sea and the Red Sea, centered across the Arava Fault (AF), which constitutes the major branch of the transform in this region.<br /> <br /> A set of seismic experiments comprising controlled sources, linear profiles across the fault, and specifically designed receiver arrays reveals the subsurface structure in the vicinity of the AF and of the fault zone itself down to about 3-4 km depth. A tomographically determined seismic P velocity model shows a pronounced velocity contrast near the fault with lower velocities on the western side than east of it. Additionally, S waves from local earthquakes provide an average P-to-S velocity ratio in the study area, and there are indications for a variations across the fault. High-resolution tomographic velocity sections and seismic reflection profiles confirm the surface trace of the AF, and observed features correlate well with fault-related geological observations.<br /> <br /> Coincident electrical resistivity sections from magnetotelluric measurements across the AF show a conductive layer west of the fault, resistive regions east of it, and a marked contrast near the trace of the AF, which seems to act as an impermeable barrier for fluid flow. The correlation of seismic velocities and electrical resistivities lead to a characterisation of subsurface lithologies from their physical properties. Whereas the western side of the fault is characterised by a layered structure, the eastern side is rather uniform. The vertical boundary between the western and the eastern units seems to be offset to the east of the AF surface trace.<br /> <br /> A modelling of fault-zone reflected waves indicates that the boundary between low and high velocities is possibly rather sharp but exhibits a rough surface on the length scale a few hundreds of metres. This gives rise to scattering of seismic waves at this boundary. The imaging (migration) method used is based on array beamforming and coherency analysis of P-to-P scattered seismic phases. Careful assessment of the resolution ensures reliable imaging results.<br /> <br /> The western low velocities correspond to the young sedimentary fill in the Arava Valley, and the high velocities in the east reflect mainly Precambrian igneous rocks. A 7 km long subvertical scattering zone reflector is offset about 1 km east of the AF surface trace and can be imaged from 1 km to about 4 km depth. The reflector marks the boundary between two lithological blocks juxtaposed most probably by displacement along the DST. This interpretation as a lithological boundary is supported by the combined seismic and magnetotelluric analysis. The boundary may be a strand of the AF, which is offset from the current, recently active surface trace. The total slip of the DST may be distributed spatially and in time over these two strands and possibly other faults in the area.