Adhérence des revêtements en service Adhérence et matériaux Exposé préparé par : Yves Brosseaud (Ingénieur ENSAIS D.R.) Section Auscultation et Gestion des Routes Division Entretien Sécurité Acoustique des Routes Présenté par : Yves Delanne
Plan de l exposé CdS - adhérence : macro et micro texture, généralités Fichier CARAT: interprétation des résultats, pneu 98 Relations: Formulation - Texture - Adhérence Particularités: facteurs d influence des revêtements adhérents, rôle des granulats, des formulations,... Hiérarchisation des revêtements (note info CFTR n 7) Evolution de l adhérence: jeune âge faible (microincrustation), en service Conclusion 2
Contact pneu-chaussée 3
le pneu peut compenser une faible macrotexture mais ne peut pas rattraper une faible microtexture la microtexture est nécessaire à toutes les vitesses et ne dépend pas que du seul PSV des gravillons la macrotexture est une condition additionnelle à vitesses moyenne et élevée 4
Effets de ma «macro» et «micro» texture Macrotexture l évacuation de la lame d eau Microtexture rompre le film d eau résiduel 5
La demande d adhérence la macrotexture est prépondérante - pour les itinéraires à vitesse élevée - pour les sections induisant une longueur d écoulement d eau importante la microtexture est prépondérante - pour les itinéraires en site difficile - pour les points singuliers de tracé 6
les spécifications ne sont exprimées qu en matière de macrotexture avec des modulations suivant : - les conditions de circulation - et les configurations de site le niveau de microtexture attendu étant estimé a priori - par le choix des granulats - et par le type et la composition du revêtement Question : ces dispositions sont-elles en accord avec: - la DPC, sur les aspects de sécurité? [normes produits (sortie centrale)] OUI Mais! - les pratiques à l étranger? Cas du guide européen pour les BBUM (en cours) 7
Les C.d.S. et l adhérence (rappels) Macrotexture Microtexture (dim 0,2 à 10 mm Vert., 0,5 à 50 mm Hor.) (dim 0à 0,2 mm Vert., 0à 0,50 mm Hor.) Influence: D granulat Formule Epaisseur - compactage Trafic cumulé Traitement surface Drainage de l Eau CPA granulat ( CPA) D granulat % fins dans formule Usure transversale Rôle: Perforer film d Eau 8
Données sur l adhérence Le fichier CARAT : données anonymes planches expérimentales (comparatives) La mesure ADHERA Conditions de mesure Pneu lisse (new PIARC) 1 mm d eau Roue bloquée Vitesse 40 à 120 km/h Standard NFP 98-220-2 9
CARAT- Objectifs du fichier Valoriser les mesures d adhérence faites en France par les LPC. Evaluer les performances des différents types de revêtements. Contribuer aux avis techniques sur les matériaux et produits. Améliorer notre connaissance sur la sécurité. Définir une offre d adhérence en site particulier vis-à-vis du niveau normal pour ce type d enrobé et son trafic cumulé. Informer le groupe caractéristiques de surface pour préparer la partie du tableau «offre d adhérence» de la note d information. Étudier la faisabilité des lois d évolution de l adhérence pour les principaux types de revêtements. 10
Interprétation des résultats CARAT Mesures sur sites «faciles» (rectiligne, vitesse moy. à élevée). Variations saisonnières à prendre en compte évaluation moyenne sur des grands nombres, comparaison sur un même site des facteurs d influence, Données parfois incomplètes (HS, CPA, Trafic, détail sur formule). Données parcellaires pour certaines techniques et en fonction du trafic (Enduits par formulation, ES HP, ECF disc., ) 11
Coefficient CFL 9 eme décile BBDr (51) ECF (22) BBSG (60) 1 er décile 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 40 Trafic: 1 à 5 Millions de P.L. 80 vitesse km/h 120 (Nombre de chantier) Relations: Formulation - Texture - Adhérence
Formulation des enrobés La composition : - D, - discontinuité, - passant 2mm, - % mastic a un effet sur macro, micro et donc adhérence DOSAGE / EPAISSEUR Epaisseur (cm) Dosage liant (%) 8 10 7 9 8 6 7 5 6 4 5 3 4 3 2 2 1 1 0 0 ECF BBDr BBUM BBTM BBM BBSG 100 90 Courbe granulométrique BBSG 80 Passants en % 70 BBM 60 50 BBTM 40 BBUM 30 BBDr 20 10 Caractéristiques routières 0 0.1 Tamis en mm 1 10 13
Texture : aspect de différents revêtements Coupe d enrobés BB Epais BB Mince BBDr Texture de surface sur chaussées Fermé, HS 0,5mm Moyen, HS 0,6mm Très ouvert, «négatif» HS 2mm 14
Exemple de texture: BBSG, BBTM, BBDr 0/10 15
Macrotexture «moyenne» des revêtements bitumineux Texture et évolution Revêtements D=10mm HS (mm) 3 2.5 origine 2 à 3 ans 2 1.5 Valeur nécessaire >0,7mm pour une bonne drainabilité et adhérence élevée 1 0.5 0 ECF BBDr BBUM BBTM BBM BBSG 16
Répartition des techniques par réseau Autoroutes concédées (BBTM, BBSG, BBDr) Routes nationales (BBTM, BBSG, ESU) Routes départementales (ESU, ECF, BBUM, BBM) Routes communales (ESU, ECF, BBM ) 17
CFL 120*100 Adhérence class e 4 de trafic 40 35 30 25 20 15 10 5 0 BBSG BBM BBTM BBUM BBDr ECF 0/10 Type de revê tem ent Hiérarchisation des revêtements Vis à vis de la propriété d adhérence
Note d info CFTR n 7 choix des couches de roulement vis à vis de l adhérence BBSG BBM BBDr BBTM BBTM BBUM ECF 0/10 0/6 ESU Béton V=130 Caractéristiques routières : Cas classiques manque de discrimination des revêtements entre eux 19
Comparaison adhérence des familles de revêtements D=10 mm Coefficient CFL 9 eme décile BBUM (33) BBTM (86) BBM (35) BBSG (60) 1 er décile 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 40 Trafic: 1 à 5 Millions de P.L. 80 vitesse km/h 120 (nombre de valeur) 20
Comparaison adhérence des familles de revêtements D=10 mm Coefficient CFL 9 eme décile BBDr (51) ECF (22) BBSG (60) 1 er décile 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 40 Trafic: 1 à 5 Millions de P.L. 80 vitesse km/h 120 (Nombre de chantier) 21
Hiérarchisation des revêtements vis à vis de l adhérence: CFL 120*100 Adhérence class e 4 de trafic 40 35 30 25 20 15 10 5 0 BBSG BBM BBTM BBUM BBDr ECF 0/10 Type de revê tem ent Revêtements les plus adhérents: Enduits superficiels à haute adhérence [peu de données sur l évolution dans le temps, et en fonction de la vitesse] BBTM (très mince) type 2 D6 D10, type 1 D6 D10 et UM (ultramince) BB drainant D6, D10 (attention faible adhérence transversale) ECF discontinu, ECF 0/8 et 0/10 sont également peu influencés par la vitesse. Ce classement se conserve et les écarts entre familles augmentent dans le temps. 22
Influence du D Cas des BBTM : au jeune age : 0,2 à 1 Million PL Coefficient CFL 9 eme décile 0/6 (22) 0/10 (77) 0/14 (72) 1 er décile 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 (Nombre de chantier) 0.20 0.10 0.00 40 80 Trafic: 0,2 à 1 Million de P.L. 120 vitesse km/h L influence de D est la même pour BBDr, BBUM et ECF 23
Influence de la formulation (BBTM 0/10) BBTM comparaison formule sableuse* et grenue** de bitume pur et modifié Long terme : 1 à 5 Million PL 9 eme décile polymère (17)* (30% de 0/2) grenue (4) ** (40% de 0/2) sableuse (10) 1 er décile Coefficient CFL 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 (Nombre de chantier) 0.00 40 CaractéristiquesTrafic: routières 1 à 5 Million de P.L. 80 120 vitesse km/h 24
Influence de la composition Les formules peu sableuses et fortement discontinues présentent les niveaux d adhérence les plus élevées notamment à grande vitesse CFL * 100 coefficient 60 50 40 30 CFL 40 20 CFL 80 10 CFL 120 0 0 5 10 15 20 25 30 35 % sand 25
Influence des caractéristiques mécaniques du granulat sur l adhérence BBTM 0/10 (synthèse) Granulats A, C, D même compensation 100CPA-(LA+MDE)=15 RN 148 Niort - CFL BBTM à 8 ans (2.9 millions de PL) 0.9 0.8 0.7 CPA 0,6 C.F.L. 0.6 CPA 0,5 0.5 C D 0.4 B A C Ecart de 10 points de CFL à toutes les vitesses D 0.3 B A 0.2 0.1 0.0 30 40 50 60 70 Vitesse en km/h 80 90 100 26
Influence des caractéristiques mécaniques du granulat sur l adhérence BBDr 0/10 (synthèse) RN 148 Niort - CFL BBDr à 8 ans 0.9 0.8 Ecart de 8 à 10 points de CFL à toutes les vitesses 0.7 C.F.L. CPA 0,6 CPA 0,5 0.6 C,D 0.5 C,D A,B 0.4 A,B 0.3 0.2 0.1 0.0 30 40 50 60 70 Vitesse en km/h 80 90 G.Delalande 17/5/2001 27
Influence des caractéristiques du granulat (synthèse) Un fort contraste CPA apporte sur les sites (N148, N137, A63) un gain important en adhérence CFL, à toutes le vitesses, et en CFT (ou un allongement de la durée de service à adhérence limite équivalente) L actuelle compensation Française entre CPA et LA,MDE n est pas pertinente. L excellence en résistance mécanique LA, MDE n apporte rien en matière d adhérence (en trafic T1). Il est possible de compenser par la formulation (nature de l enrobé et D), un granulat ayant des caractéristiques CPA plus faibles, pour parvenir à une adhérence satisfaisante. Pour le cas examiné, en BBTM et BBDr, les granulats de CPA = 0.50 conduisent à des niveaux d adhérence satisfaisants sur ce type de site rectiligne en trafic T1. 28
Synthèse des particularités des revêtements les plus adhérents Formulations discontinues 2/6 voire 2/4 Faible proportion de sable (passant 2 mm < 30%) Epaisseur faible à très faible (< 4 cm) Calibre D le plus faible : 6 ou 10 mm (compatible avec une bonne macrotexture > 0,7 mm) Excellent CPA des gravillons (> 0,50) Exception: ES HP, gravillons artificiels, CPA 0,7, D = 3 mm 29
0,7 0,65 SRT 0,6 0,55 0,5 témoin 0,45 micro-incrustation 0,4 0,35 0,3 0,5 CFL coefficient Micro-incrustation sur BBDr 0/10 - SRT RN 148 Fontenay 0,4 Thick asphalt Porous asphalt 0,3 0,2 0,1 0 C1 0 âge en année C2 C3 C4 C5 Traffic classes 1 Evolution de l adhérence Au jeune age En service
Evolution dans le temps : au jeune âge Adhérence au jeune âge (3 à 8 mois) peut être très faible, due au fait de la présence de la pellicule de liant, notamment sur les revêtements à forte macrotexture, disposition à prévoir: panneau de signalisation ou traitement??? Des traitements par micro-incrustation (ou hydrodécapage, grenaillage) sont envisageables, mais jamais réalisés (coûts élevés). Des dispositions sont prises dans certains pays pour limiter la vitesse sur les revêtements neufs. 31
Principe et objectif de la micro-incrustation Film de mastic Les enrobés à film de liant épais (BBDr, BBTM) sont dépourvus de micro-texture à la mise en service. Le liant BmP plus adhésif et cohésif qu un bitume pur, s use moins rapidement. Le pneu est en contact avec du liant, pas avec les granulats, plus longtemps. Éléments de micro-incrustation Les éléments incrustés offrent la microtexture utile à l adhérence le temps que le film de liant superficiel soit décapé par le trafic 32
Chantier de micro-incrustation Micro incrustation sur la RN 12 (35) BBDr 2*2 voies 33
Effet micro-incrustation : essai SRT en labo SRT Micro-incrustation - SRT en labo 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0,08/0,2 0,2/0,315 témoin Diorite sable Fontainebleau 34
Effet micro-incrustation : essai terrain CFT CFT (60 km/h) Micro-incrustation Témoin MESURES au SCRIM : CFT (60 km/h) Chantier : RN147 (49) Micro-incrustation sur BBDr 0/10 - SRT RN 148 Matériau: sur BBTM 0/10 Fontenay Age: 2 semaines 0,7 0,65 SRT 0,6 0,55 0,5 0,45 0,4 Amélioration de l adhérence due à la micro-incrustation 0,35 0,3 0 âge en année témoin micro-incrustation 1 35
Effet de la micro-incrustation sur un BBDr 010 sur l adhérence : mesure après 5 jours sur la RN 12 0,9 0,8 0,7 Micro incrustation 0,6 0,5 Fuseau national 80 Coefficient de frottement longitudinal (CFL) Effet micro-incrustation : essai terrain CFL Témoin 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Vitesse de mesure en kmh 130 36
Evolution adhérence en fonction du trafic Valeur moyenne du CFL 120 km/h entre 2 revêtements «extrêmes» BB épais et BB Drainant 0/14 CFL coefficient 0,5 0,4 Thick asphalt Porous asphalt 0,3 0,2 0,1 0 C1 C2 C3 C4 Traffic classes C5 37
Evolution dans le temps, quelques données Sous trafic, par usure, lissage, déformations, arrachements, l adhérence évolue et diminue, nécessitant un entretien par une nouvelle couche de roulement. Dans les zones en virage à faible rayon, les revêtements à forte texture (BB drainant, voire aussi BBTM) sont fortement sollicités et l adhérence transversale se dégrade, entraînant des sorties de véhicule. Ceci est observé sur 0/10 et 0/6. Une solution pourrait être les ES à Hautes Performances. Les ECF sous trafic lourd se lissent dans les bandes, diminuant la macrotexture et probablement l adhérence. 38
Conclusions (1) Prise en compte générale de l adhérence dans le choix des techniques de couches de roulement. Hiérarchisation des familles et connaissance des facteurs d influence, permettent une meilleure réponse technique, tout au moins, pour les tracés rectilignes, en rase campagne. Le choix est plus délicat en milieu urbain (vitesse plus faible, mais plus forte demande d adhérence, en site complexe) et en zone difficile. 39
Conclusions (2) Palette diversifiée de techniques, complémentaires, mais pour certaines, on manque d informations qualitatives, et d évolutions dans le temps, notamment pour les ES HP, ES, ECF. Peut-on découper les itinéraires plus finement en fonction de la demande d adhérence? Recherche de moyens de caractérisation de l adhérence en virage à faible rayon? Réalisation de planches comparatives en site difficile? Evaluation et prise en compte des variations saisonnières? 40
Conclusions (3) (demandes déjà évoquées les années précédentes) Saisir dans les fiches CARAT les données explicatives : CPA, HS, formulation, Trafic, (améliorer la saisie des fiches). Nouvelles références avec le pneu 1998 : semblables aux précédentes (durcissement de la gomme après 2 ans). Actualiser un fuseau national représentatif des revêtements actuels (par exemple: tenant de la répartition sur RN). Actualisation périodique du catalogue des statistiques d adhérence (dernière version 2000 article BL spécial adhérence 2005). Transformation du fichier CARAT en ACCESS 2000. 41