CHAUSSEES -GENERALITES. COTITA Club des labos départementaux RA Jeudi 4 octobre 2012

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1 CHAUSSEES -GENERALITES

2 STRUCTURES DE CHAUSSEES Terminologie et Définition.:Norme NFP CHAUSSEE Couche de Roulement Couche de Liaison Couche de Base Couche de Fondation Couche de Forme Partie Supérieure des Terrasements Couches de surface Assise Plate-Forme

3 LA FATIGUE DES MATERIAUX LIES FONCTIONNEMENT D UNE CHAUSSEE 6.5t CHAUSSEE ELONGATION ε t PLATE COMPRESSION - FORME εz ε t < seuil ε z < seuil

4 FONCTIONNEMENT DES CHAUSSEES Hypothèses admises : Materiaux élastiques et linéaires Chaussee = plaque infinie Comportement à la fatigue des materiaux Approche probabiliste Methode rationnelle

5 FONCTIONNEMENT DES CHAUSSEES MODELES DE LA MECANIQUE DES CHAUSSEES WESTERGAARD (1926) : Bicouche a PLAQUE σz = kw E1, ν1 Ressorts k σz W k = Module de réaction du sol support

6 FONCTIONNEMENT DES CHAUSSEES MODELES DE LA MECANIQUE DES CHAUSSEES Burmister(1943) : Multi-couches H1 E1 ν1 H2 E2 ν2 Hn En νn E, ν z a LOGICIELS DE CALCUL : ALIZE, ECOROUTE du LCPC, BISTRO de la SHELL collées / décollées Interfaces :

7 ALIZE Définition de la structure

8 ALIZE : calcul des sollicitations

9 MATERIAUX ROUTIERS - GENERALITES

10 FONCTIONNEMENT DES CHAUSSEES FONCTIONNEMENT D UNE CHAUSSEE 6.5t CHAUSSEE ELONGATION ε t PLATE - FORME

11 LA FATIGUE DES MATERIAUX LIES PRINCIPE DE L ESSAI éprouvette CONDITIONS : 10 C et 25 Hz

12

13 LA FATIGUE DES MATERIAUX LIES RESULTATS DES ESSAIS: Sollicitation ε b σn droite de fatigue E+06 1E+07 Nombre de cycles appliqués

14 LA FATIGUE DES MATERIAUX LIES CARACTERISTIQUES D UN MATERIAU : Déformation admissible 1 million de fois : σ 6 ou ε 6 Pente de la droite de fatigue : b Dispersion de la tenue en fatigue : σ N

15 FATIGUE DES MATERIAUX LIES LE CUMUL DES DOMMAGES: Effet de sollicitations variables? Sollicitation n 1 < N1 n 2 ε1 ε2 droite de fatigue N1 N2 N

16 FATIGUE DES MATERIAUX LIES LE CUMUL DES DOMMAGES Sollicitation ε1 ε2 Réponse : la LOI DE MINER n N N n (0.6 à1.4) N1 N2 N Influence de l Histoire de l éprouvette : n ε i élevée d abord : < 1 Ni ε ni faible d abord : > 1 N i

17 CHAUSSEES LES DIFFERENTES STRUCTURES

18 LES DIFFERENTES STRUCTURES 1 -Souples 2 Bitumineuses épaisses G N T G B G N T G B P L A T E F O R M E

19 LES DIFFERENTES STRUCTURES 3 Semi -Rigides G. Hydr. G. Hydr. G. Hydr. P L A T E F O R M E

20 LES DIFFERENTES STRUCTURES 4 Mixtes 5 Inverses G B G. Hydr. G B G N T G. Hydr. P L A T E F O R M E

21 LES DIFFERENTES STRUCTURES CHAUSSEES RIGIDES (BETON) 5 Dalles californiennes BETON P L A T E F O R M E

22 LES DIFFERENTES STRUCTURES CHAUSSEES RIGIDES (BETON) 6 Dalles goujonées BETON P L A T E F O R M E

23 LES DIFFERENTES STRUCTURES CHAUSSEES RIGIDES (BETON) 7 BétonArméContinu (BAC) BETON P L A T E F O R M E

24 LA PLATE-FORME Constitution 20 à 50 Mpa : AR1 50 à 120Mpa: AR2 120 à 200 Mpa: AR3 > 200 Mpa: AR4 PFi h PST5P PST3 PST4 S T 6 PST0 PST1 PST2 ARi Couche de forme P.S.T 1 m 20 à 50 Mpa : PF1 50 à 120Mpa: PF2 120 à 200 Mpa: PF3 > 200 Mpa: PF4 Classification Géotechnique

25 LA PLATE-FORME LA COUCHE DE FORME Son role: Nivellement (3cm) Portance a court terme Traficabilité Protection au gel Portance à long terme Homogéneisation de la portance Minimiser le cout Chaussée + P. Forme Drainage de la Chaussée

26 LA PLATE-FORME Mesure de la Portance Essai de plaque E = q0 z a.1.5 q0 z a

27 LA PLATE-FORME Mesure de la Portance Essai Dynaplaque R= H1 H0 H 1 H 0

28 LA PLATE-FORME Mesure de la Portance Essai Dynaplaque E MPa % R

29 LA PLATE-FORME Mesure de la Portance Essai Dynaplaque

30 DIMENSIONNEMENT DES CHAUSSEES LE TRAFIC

31 LA FATIGUE DES MATERIAUX LIES RESULTATS DES ESSAIS: Sollicitation ε b σn droite de fatigue E+06 1E+07 Nombre de cycles appliqués

32 LE TRAFIC EVOLUTION de L AGRESSIVITE avec la CHARGE Nb essieux Charge à l essieu

33 LE TRAFIC Disperse en nature Comptage Taux de croissance : τ Fatigue : Durée de service : n Essieux de 13t Fatigue : Trafic cumulé NE NE = 365. TraficPL. CAM. + ( τ) n 1 1 τ CAM : Coefficient d Agressivité Moyen d un PL

34 LE TRAFIC CALCUL DE L AGRESSIVITE Modèle élastique et linéaire : Loi de fatigue : ε = a.n -b εt εt P = P 0 0 Pour un essieu élémentaire : A = K P P STRUCTURES Souples et Bitumineuses α 0 K Essieu simple Essieu tandem essieu tridem Semi-Rigides Béton α avec P 0 = 13t.

35 LE TRAFIC CALCUL DE L AGRESSIVITE (FIN) Trafic reel: 1 CAM = Kjn NbPL Σ ij Pi P0 α CAM : Coefficient d Agressivité Moyen

36 LE TRAFIC CLASSE DE TRAFIC T5 T4 T3 T2 T1 T0 TSO Tex trafic PL (C.U. > 5 t!) par sens CAM : Coefficient d Agressivité Moyen MATERIAUX T5 T4 T3 - T3+ > T2 < 20 cm Ds chauss. BITUMINEUX mixtes 0.8 > 20 cm 1 HYDRAULIQUES 1.3

37 LES DOCUMENTS DE DIMENSIONNEMENT Guide technique Chaussées neuve (1994) Catalogue structure de chaussées RN(1998) Manuel chaussées à faible trafic Manuel Scétauroute (Aut. Concédées) 1997 Chaussées transport en commun Renforcement des Tr. D Agglo en EME Guide technique Chaussées Béton (1997)

38 CHAUSSEES DIMENSIONNEMENT AU GEL

39 DIMENSIONNEMENT AU GEL DESCRIPTION DU PHENOMENE : Températures < 0, + Eau : Aspiration d eau (Cryosuccion) Gonflement Liquéfaction au dégel

40 DIMENSIONNEMENT AU GEL

41 DIMENSIONNEMENT AU GEL ESSAI DE GONFLEMENT AU GEL : Mesure du gonflement de l éprouvette en fonction de quantité de gel appliquée g EAU

42 DIMENSIONNEMENT AU GEL quantité de gel INDICE DE GEL : Indice de GEL Temps en Jour Temp. moyenne

43 DIMENSIONNEMENT AU GEL RESULTATS DE L ESSAI : Matériaux Q g : Quantité de gel admissible GELIFS Q g = 0 PEU GELIFS Q g = 4 si 0.05 <p<0.25 Q g = 1/p si 0.25 < p < 1 NON GELIFS Q g = Gonflement en mm p > < p < 1 p < 0.05 Indice de gel

44 DIMENSIONNEMENT AU GEL PROPAGATION 1- ENTRE L ATMOSPHERE ET LA CHAUSSEE : qq 100 W/m² I surface = 0.7.(I atmos. -10)

45 DIMENSIONNEMENT AU GEL PROPAGATION 2 DANS UNE COUCHE DE CHAUSSEE : Is Is CHAUSSEE It H 8 BB + 22 GB It Is = ( 1+ ah ) It + bh Matériau BB-GB GC-GL-GNT GCV LTCC SL-SC a b

46 DIMENSIONNEMENT AU GEL PROPAGATION 2 DANS LA PLATE-FORME : QQ PF Qng Couche de FORME H Q g SOL SUPPORT Q PF = Q ng + Q g + Q M Q ng = A n.h n 2 /(h n +10) Matériau A B et C D LTCC CV,SC,SL A n

47 AUSCULTATION DES CHAUSSEES MESURES STRUCTURELLES

48 MESURES STRUCTURELLES Déflexion Rayons de courbure

49 MESURES STRUCTURELLES MESURES DE DEFLEXION Déflexion

50 MESURES STRUCTURELLES RAYON DE COURBURE Rc

51 MESURES STRUCTURELLES INTERPRETATION

52 MESURES STRUCTURELLES MESURES DE DEFLEXION

53 MESURES STRUCTURELLES MESURES DE DEFLEXION Déflexion

54 MESURES STRUCTURELLES MESURES DE RAYON DE COURBURE 1 -CALCUL a PARTIR de la COURBE de DEFLEXION : 81 échantillons d 81 d 2 d 1 d 0 x d(x)

55 MESURES STRUCTURELLES MESURES DE RAYON DE COURBURE 2 MESURE àl INCLINOMETRE : α 6,5 t CHAUSSEE α p

56 CHAUSSEES LES COUCHES DE SURFACE

57 LES COUCHES DE SURFACE FONCTIONS Vitesse p = 9 bars Lame d'eau COUCHE DE ROULEMENT POUR L USAGER : Adhérence Confort (UNI) Bruit POUR L EXPLOITANT : Tenue à l orniérage Durabilité Imperméabilité Viabilité hivernale

58 LES COUCHES DE SURFACE HISTORIQUE 1950 : Enrobés Denses 1966 : Enrobés Grenus 1969 : Enrobés semi-grenus 1973 : Enrobés Minces 1982 : Enrobés Très Minces 1985 : Enrobés Drainants 1988 : Enrobés Ultra-Minces

59 LES COUCHES DE SURFACE Autres produits Bitumineux. Asphaltes routiers 2 à 4 cm Béton Bitumineux à froid 5 à 8 cm Enrobés Coulés à froid 0,6 à 1,5 cm Enduits superficiels 1 à 1,5 cm

60 LES COUCHES DE SURFACE NORMES ENROBES Ex. : Béton Bitumineux Semi-Grenus TERMINOLOGIE-ABREVIATIONS-CLASSES CONDITIONS D EMPLOI : Etat du support : Déformation < 2 cm règle de 3m Granulometrie Epaiss. Mini Epaiss. moyenne 0/ à 7 0/ à 9 GRANULATS : LIAISON : DIIIa ROULEMENT : CIIIa < 10% sable roulé RC > 2 Fines : IVR < 40% PouvoirRigidifiant : 10 à 20 C Recyclés : LIAISON : < 20% ROULEMENT : < 10 C

61 LES COUCHES DE SURFACE NORMES ENROBES Ex. : Béton Bitumineux Semi-Grenus CARACTERISTIQUES DU MELANGE : Passant à 2 mm : 25 à 45 % Teneur en liant : 0/10 : K = 3.4 0/14 : K = 3.2 NIVEAU D ETUDES : ESSAI DURIEZ PCG ORNIERAGE MODULE FATIGUE NIVEAU X X X X X X X X X X X X X X

62 LES COUCHES DE SURFACE NORMES ENROBES Ex. : Béton Bitumineux Semi-Grenus PERFORMANCES MECANIQUES : ESSAI CLASSE 1 CLASSE 2 CLASSE 3 DURIEZ r/r > 0,75 > 0,75 > 0,75 ORNIERAGE ( cycles - 60 C ) < 10% < 7,5 % < 5 % MODULE COMPLEXE 15 C, 10 Hz (MPa) > > > MODULE Traction Directe 15 C 0,02s > > > FATIGUE ε 6 10 C, 25 Hz > > >

63 LES COUCHES DE SURFACE NORMES ENROBES Ex. : Béton Bitumineux Semi-Grenus FABRICATION : Norme (Enrobés à Chaud) MISE EN OEUVRE : Norme (Enrobés à Chaud) Couche d accrochage : > 250 g/m2 Températures : 70/100 > 120 C 50/70 > 125 C 35/50 > 130 C Vides : 4 à 8 % HS : 0/10 : > 0,4 mm 0/14 : > 0,5 mm

64 LES COUCHES DE SURFACE Epaisseur Béton Bitumineux Semi-Grenus 8 BBSG % Sable

65 LES COUCHES DE SURFACE Béton Bitumineux Semi-Grenus Principe : 45% sable Avantages : Apport structurel Bonne étanchéité Reprofilage Résistance au polissage Tenue au vieillissement 55% gravillon F. Continue Inconvénients : Chers Pbaux forts trafics Rugosité médiocre Bruit médiocre

66 LES COUCHES DE SURFACE Epaisseur Béton Bitumineux DRAINANTS 8 BBSG BBDr % Sable

67 LES COUCHES DE SURFACE Béton Bitumineux DRAINANTS

68 LES COUCHES DE SURFACE Béton Bitumineux DRAINANTS Principe : 85% 6/10 15% 0/2 F. Discontinue Avantages : Plus de projection d eau (> 20% Vides) Excellent à l orniérage Faible niveau de bruit Inconvénients : Polissage des gravillons Viabilité hivernale délicate Pas d étanchéité Fragilité Vieillissement du liant Renouvellement? (Colmatage) Réservé autoroutes

69 LES COUCHES DE SURFACE Béton Bitumineux TRES MINCES Epaisseur 8 BBSG BBDr BBTM % Sable

70 LES COUCHES DE SURFACE Béton Bitumineux TRES MINCES Principe : 72 % 6/10 28 % 0/2 F. Discontinue Avantages : Très bons à l orniérage Faible niveau de bruit (0/6) Economiques Très bonne rugosité Inconvénients : Polissage des gravillons Peu d étanchéité Pas de reprofilage Viabilité hivernale délicate

71 LES COUCHES DE SURFACE Epaisseur 8 BBSG BBDr BBTM BBUM BBM % Sable

72 LES COUCHES DE SURFACE LES ENDUITS PRINCIPE : Gravillons collés 1 - Monocouche : 40 à 50 % 2 - Monocouche double gravillonnage : 10 à 15% 3 - Bicouche : 15 à 20 %

73 LES COUCHES DE SURFACE LES ENDUITS (suite et fin) 4 - Pré-gravillonné : 15 à 20% 5 - Sandwich : %?

74 LES COUCHES DE SURFACE ENDUITS Avantages : Economique Rugosité très élevée Imperméabilisation efficace Bonne adhérence Inconvénients : Réalisation «pointue» Rejets de gravillons Très bruyants Polissage de gravillons

75 LES COUCHES DE SURFACE LES ENROBES COULES A FROID PRINCIPE : Gravillons + Sable + Bitume EMULSION SABLE + GRAVILLON RUPTEUR

76 LES COUCHES DE SURFACE LES ENROBES COULES A FROID

77 LES COUCHES DE SURFACE Enrobés Coulés à Froid Principe : % SABLE % GRAVILLON Avantages : Pas de rejets de gravillons Remise en circulation rapide niveau de bruit moyen Bonne adhérence Economique Inconvénients : Fort trafic Etanchéité imparfaite

78 COUCHES DE ROULEMENT PERFORMANCES ACOUSTIQUES 85 Base de données des revêtements : 313 mesures VM (LAmax, température de 20, vitesse 90 km/h) BBDr 0/6 BBTM 0/6-T2 BBDr 0/10 BBTM 0/6 BBUM 0/6 BBTM 0/10-T2 BBDr 0/14 BBSG 0/10 BBM 0/10 ECF BBUM 0/10 ES BBTM 0/10 BBSG 0/14 ES 6/10 BC BBTM 0/14 BBUM 0/14 ES 10/14 Lrev en db(a)

79 COUCHES DE ROULEMENT CARACTERISTIQUES D USAGE CRITERE BB Très Mince Rugosité Polissage Reprofilage Bruit Etanchéité Orniérage Apport Structurel ENDUITS E. C. F. BB Ultra Mince 0/6 0/10 BB Drainant BB Mince BB à Mod. Eleve BB Semi Grenu

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