Prise en compte du gel/dégel 1re partie : Généralités : Les effets du gel/dégel

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1 Prise en compte du gel/dégel 1re partie : Généralités : Les effets du gel/dégel Caroline Mauduit Responsable de l unité AGMI : Assistance à la Construction et à la Maintenance des Infrastructures

2 Plan 1. La problématique des chaussées en hiver 2. Le comportement des sols soumis au gel et au dégel 3. La caractérisation des hivers

3 Les chaussées pendant l hiver problématique 1. La problématique des chaussées en hiver Évolution de la température Propagation du gel dans les chaussées Comportement mécanique des chaussées durant l hiver

4 Les chaussées pendant l hiver problématique 3

5 Les chaussées pendant l hiver problématique Corps de chaussée Sol support

6 Les chaussées pendant l hiver problématique Corps de chaussée Sol support

7 Les chaussées pendant l hiver problématique En résumé Les réseaux pouvant poser des problèmes Des réseaux faiblement dimensionnés Des profondeurs de gel moyennes affectant les matériaux sensibles au gel Des charges importantes appliquées au moment du dégel

8 Les chaussées pendant l hiver problématique Variation saisonnière de la portance Déflexion 1/100mm) 40 O N D J F M A M J J A S anomalie Ex sur une structure bitumineuse

9 Les chaussées pendant l hiver problématique Si le gel pénètre le corps d une chaussée faiblement dimensionnée sur un sol support gélif Si les charges appliquées au dégel sont trop importantes

10 Les chaussées pendant l hiver problématique Les chaussées à la sortie de l hiver, un exemple malheureux Hiver

11 Comportement des sols soumis au gel et au dégel 2. Comportement au gel des sols soumis au gel et dégel Les mécanismes se développant dans les sols fins L essai de gonflement au gel

12 Comportement des sols soumis au gel et au dégel Les phénomènes de gel et de dégel affectent les propriétés mécaniques des chaussées selon deux processus disjoints et complémentaires : La gélifraction La cryosuccion

13 La gélifraction Comportement des sols soumis au gel et au dégel La gélifraction un phénomène qui se traduit par la rupture des grains ou des liaisons inter granulaires sous l action des contraintes thermiques et/ou des forces développées par la congélation de l eau et son accroissement de volume. La notion de «gélivité» est en général associée aux essais de gélifraction des roches Essais gel / dégel granulats matériaux d enrochement assises traités pavés pierres naturelles tuiles

14 La succion cryogénique Comportement des sols soumis au gel et au dégel La succion cryogénique est un phénomène de dépression et d aspiration d eau qui se développe au niveau de l interface eau-glace. La dynamique du changement d état eau liquide-glace créé un champ de pression qui entraîne l eau vers la zone de congélation Le terme de «sensibilité au gel», est généralement employé pour les essais de gonflement au gel

15 Comportement des sols soumis au gel et au dégel Suivant les sols, le gel désorganise ou non le squelette du matériau par le phénomène de succion cryogénique

16 Comportement des sols soumis au gel et au dégel Comportement des sols soumis au gel et au dégel Pénétration du gel dans le sol Front de gel lentille de glace Succion cryogénique

17 Comportement des sols soumis au gel et au dégel Les facteurs influant la sensibilité au gel des sols Les caractéristiques du sol Granularité Perméabilité Nature physico-chimique État (teneur en eau, densité, degré de saturation) Les facteurs extérieurs Conditions climatiques (durée du gel, vitesse de pénétration) Possibilités d alimentation en eau (présence d une nappe phréatique, position par rapport au front de gel, drainage)

18 Comportement des sols soumis au gel et au dégel Apprécier le comportement au gel des sols NF P «Essai de gonflement au gel des sols et des matériaux granulaires traités ou non de D 20 mm» Principe de l essai

19 Comportement des sols soumis au gel et au dégel La relation liant le gonflement du sol et l indice de gel appliqué à sa surface Massif semi infini Pénétration unidimensionnelle du front de gel

20 Comportement des sols soumis au gel et au dégel La relation liant le gonflement du sol et l indice de gel appliqué à sa surface 30 Gonflement (mm) Matériaux Résultats obtenus à l'essai de gonflement Craie Limon Sable gréseux Argile Marne altérée Marne Sable propre 10 5 Classification Très gélif Peu gélif Non gélif Indice de gel ( C x h) 1/2

21 Comportement des sols soumis au gel et au dégel Les trois classes de sensibilité au gel NF P Chaussées terrassement Terminologie terminologie relative au calcul des dimensionnement des chaussées 0,05 0,40 pente en mm/ ( Cxh) 1/2 SGn SGp SGt avec SGn : sols non gélifs SGp : sols peu gélifs SGt : sols très gélifs

22 Il existe 2 installations en France permettant de tester des matériaux de granulométries différentes Comportement des sols soumis au gel et au dégel Schéma de l installation de gonflement au gel

23 Caractérisation des hivers 3. Caractérisation des hivers L indice de gel Les hivers en France Les hivers de référence pour le dimensionnement des chaussées

24 Caractérisation des hivers Caractérisation des hivers NF P Chaussées terrassement Terminologie terminologie relative au calcul des dimensionnement des chaussées Indice de gel = l image de la durée du gel et de son intensité t I = - T( C) dt 0 Indice de gel température ( C) Ig Temps

25 Caractérisation des hivers Calculer un indice de gel NF P Chaussées terrassement Terminologie Annexe A.2 : calcul des indices de gel pour le dimensionnement des chaussées Température ( C) Indice de gel ( Cxj) ID1 = 28 Cxj jours -6 0 IG1 = -37 Cxj IG2 = -49 Cxj jours IG cumulé = = -58 Cxj

26 Caractérisation des hivers Les dégâts prévisibles pour une chaussée peuvent être caractérisés par le diagramme de Kübler : 150 MOYEN 100 LEGER Indice de gel 50 LIGNE K GRAVE Nombres de jours

27 Caractérisation des hivers Les hivers de référence Deux hivers caractéristiques Les hivers exceptionnels (HE) Les hivers rigoureux non exceptionnels (HRNE) HRNE HE

28 Carte de France des indices de gel de référence Caractérisation des hivers

29 Questions