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La vie scientifique et technique: organisation et principaux résultats Chapitre

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  • revision - matière potentielle : des méthodes de dimensionnement des chaussées aéronautiques

  • cours - matière potentielle : séchage


55 La vie scientifique et technique: organisation et principaux résultats Chapitre 2 ESSAIS ET FORMULATION DES MATÉRIAUX DE CHAUSSÉE En appui de l'intégration dans les norm e s européennes des méthodologies françaises d'étude des matériaux de chaussées, un essai d'exactitude a été réalisé pour déterminer les caractéristiques de fidélité de l'essai normalisé de fatigue en flexion deux points à déplacement imposé (NF P 98- 261-1). Cette expérience regroupait onze laboratoires dev a n t tester des éprouvettes de béton bitumineux 0/14. Elle a confirmé la qualité de la norme d'essai ; pour une valeur moyenne de la déformation e6 101,7 10- 6 pour laquelle la rupture est obtenue pour un million de cycles, la limite de répétabilité à 95 %, r est de 4,3 10- 6 et la limite de reproductibilité à 95 % est R : 8,3 10- 6. Les études concernant les émulsions de bitume pour l'année 2000 visent à mieux comprendre le processus de formation du film de bitume à part i r d'une émulsion dans un enrobé à froid. Deux axes complémentaires ont été étudiés : la caractérisation rhéologique et l'évolution en cours de séchage. Un mode opératoire simple permettant de mesurer de manière répétable des courbes d'écoulement sur émulsions de bitume à l'aide d'un rhéomètre équipé de cylindres coaxiaux a été mis au point.

  • chaussée

  • surface par le front d'évaporation

  • gouttelettes de bitume localisées sous la surface libre de l'émulsion

  • teneur en bitume

  • lcpc

  • manège de fatigue du centre de nantes

  • comportement


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La vie scientifique et technique: organisation et principaux résultats Chapitre 2
CONCEPTION ET EXÉCUTION
DES INFRASTRUCTURES DE TRANSPORT
e programme regroupe les études et recherches finalisées se rapportant
au domaine sectoriel « Routes » qui ne s'inscrivent pas dans les programmesC t r a n s v e rsaux répondant aux axes prioritaires du schéma directeur. Les trav a u x
visent principalement à :
améliorer les méthodes générales d'étude des matériaux et des structures
de chaussées, qu'il s'agisse d'essais de laboratoire, de modélisation numérique
ou d'expérimentation sur ouvrage ;
avoir une appréciation objective des performances et de la durabilité des différentes
techniques de chaussée afin de pouvoir conseiller les maîtres d'ouvrage et maîtres
d ' œ u v r e , et d'ajuster convenablement les spécifications ;
faire évoluer les appareils d'essai et méthodes d'études des CETE dans le domaine
routier (tout en permettant une diffusion externe de ces produits) afin d'avoir une
meilleure appréciation des caractéristiques fonctionnelles des ouvrages.
Une attention particulière ces prochaines années sera portée à l'incidence de
la normalisation européenne en phase d'élaboration sur les méthodes françaises
d'étude et sur les matériaux de chaussées.
Outre les routes, ce programme traite également de chaussées aéropor t u a i r e s ,
de plates-formes fer r oviaires et industrielles qui constituent des sujets d'élargissement
du champ d'expertise développé par le LCPC dans le domaine routier.
ESSAIS ET FORMULATION pour un million de cycles, la limite de répétabilité
- 6DES MATÉRIAUX DE CHAUSSÉE à 95 %, r est de 4,3 10 et la limite de
- 6reproductibilité à 95 % est R : 8,3 10 .
En appui de l’intégration dans les nor m e s Les études concernant les émulsions de bitume
européennes des méthodologies françaises d’étude pour l'année 2000 visent à mieux comprendre le
des matériaux de chaussées, un essai d’exactitude processus de formation du film de bitume à par t i r
a été réalisé pour déterminer les caractéristiques d'une émulsion dans un enrobé à froid.
de fidélité de l’essai normalisé de fatigue en flexion Deux axes complémentaires ont été étudiés :
deux points à déplacement imposé (NF P 98- 261-1). la caractérisation rhéologique et l'évolution en cours
de séchage.Cette expérience regroupait onze laboratoires de v a n t
tester des éprouvettes de béton bitumineux 0/14. Un mode opératoire simple permettant de mesurer
Elle a confirmé la qualité de la norme d’essai ; de manière répétable des courbes d'écoulement sur
6pour une valeur moyenne de la déformation émulsions de bitume à l'aide d'un rhéomètre équipé
- 6101,7 10 pour laquelle la rupture est obtenue de cylindres coaxiaux a été mis au point.
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lellChapitre 2 La vie scientifique et technique : organisation et principaux résultats
LCPC
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Ce mode opératoire sera proposé en 2001 comme en laboratoire, et le suivi de leur comportement
norme européenne. Les connaissances acquises sur chaussées.
en matière de systèmes dispersés permettent
Les études en laboratoire ont permis d’améliorer
de mieux comprendre comment les paramètres
les procédures d’essai pour l’étude dude formulation contrôlent la rhéologie d'une
comportement réversible (élastique) des GNT
émulsion de bitume.
à l’appareil triaxial à chargements répétés.
Ainsi, le comportement Newtonien à fort gradient
Un modèle décrivant le comportement réversible-1de cisaillement (au-delà de 100 s ) est gouverné
des GNT a également été retenu (modèle élastiquepar la teneur en bitume et la granulométrie de
non linéaire de Boyce), à partir d’une évaluation l'émulsion, alors que le comportement de fluide
de différents modèles existants.à faible seuil observé à bas gradient (en deçà de 1
-1s ) fait aussi intervenir la teneur en émulsifiant. Les suivis de teneur en eau sur chaussées
ont montré des variations très significatives
L’étude de l’évolution de la morphologie
des teneurs en eau dans les assises ded'une émulsion en cours de séchage montre que
chaussées en GNT, avec des teneurs en eaudes vitesses d'évaporation trop rapides peuvent
généralement comprises entre 40 % et 100 %être désastreuses pour la formation d'un film
de la teneur en eau Optimum Proctor Modifié homogène présentant une bonne adhérence sur
(cf. figure relative au projet COURAGE p. 57).le support.
En effet, les gouttelettes de bitume localisées Les résultats des deux expériences en vraie
sous la surface libre de l'émulsion sont grandeur sur chaussées instrumentées ont été
concentrées en surface par le front d'évaporation comparés avec des modélisations par éléments
et finissent par former une peau qui gêne, voire finis, réalisées avec le programme d’éléments finis
bloque, le départ de l'eau résiduelle. CÉSAR-LCPC. Ces modélisations ont montré :
Cette formation de peau est favorisée par une
une bonne prédiction des déformations dans vitesse d'évaporation rapide, par les cations
les couches de GNT avec le modèle élastique relargués par les matières minérales et par une
non linéaire proposé pour ces matériaux (avec forte taille des particules.
des paramètres tirés des essais de laboratoire) La formation de peau explique des défauts de
(cf. figure relative au projet COURAGE),collage d'enduits à l'émulsion répandus par temps
chaud et sec, ainsi que des cinétiques de la nécessité de prendre également en compte
séchages anormalement longues observées sur dans les modélisations le comportement non
coulis bitumineux. linéaire du sol support,
l’influence très importante des hypothèses faites
pour les teneurs en eau des matériaux non liés
P L ATES-FORMES SUPPORT sur les résultats des modélisations.
DES INFRASTRUCTURES DE TRANSPORT
Le projet de recherche européen COURAGE
(Construction with Unbound Road Aggregates in COMPORTEMENT MÉCANIQUE
eEurope), réalisé dans le cadre du 4 PCRD (de DES STRUCTURES DE CHAUSSÉES
mars 1998 à mars 2000) avait pour objectif
Les recherche sur l’endommagement l’amélioration de l’utilisation des graves non
traitées (GNT) dans les chaussées à faible trafic, des matériaux bitumineux sous les sollicitations
à travers l’étude de leur comportement mécanique répétées dues au trafic ont permis de dégager
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lllLa vie scientifique et technique: organisation et principaux résultats Chapitre 2
Projet COURAGE.
Exemple de résultats de mesures de teneurs en eau sur une période
de quinze mois dans une chaussée à faible trafic en Islande.
Déformations longitudinales à la base du BB Déformations transversales à la base du BB
Projet COURAGE.
Modélisation de l’expérience manège ; prédiction des signaux de déformations
longitudinales et transversales à la base de l’enrobé avec les modèles non linéaires.
de nouvelles explications et une proposition
de modèle pour décrire le développement de
l’endommagement dans la phase qui précède
l’apparition de la fissuration (thèse de Y. Lefeuvre).
L’application des cycles de flexion provoque
rapidement des micro-dommages quasi réversibles
tant qu’il n’y a pas coalescence sous forme de
fissure. Le comportement du matériau peut être
décrit par un modèle d’endommagement unilatéral
tenant compte du caractère visqueux des enrobés
bitumineux. Ce modèle explique bien la réduction Machine de fatigue utilisée dans le cadre du projet FABAC.
rapide de raideur de l’éprouvette pendant
57Chapitre 2 La vie scientifique et technique : organisation et principaux résultats
LCPCLCPC
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la première phase de l’essai de fatigue, ainsi f o rmulées à partir des mêmes constituants selon
que les phénomènes connexes d’allongement. les approches du LCPC, du MTQ, S U P E R PAVE (États-
Unis) et Marshall. L’essai manège réalisé lors de
En 2000, s’est achevé le projet de recherche
l’été 2000 a montré la meilleure performance et
FABAC sur le béton armé continu (BAC), avec
des comportements voisins des trois premières
la présentation de la synthèse des résultats.
approches. La collaboration doit se poursuivre dans
Bien qu’il n’ait pas été possible de conduire
d’autres contextes avec d’autres sections
le projet jusqu’à la rupture des chaussées
expérimentales du continent nord-américain.
expérimentales en BAC, l’analyse de leur
comportement, effectuée par le LCPC, a permis
de dégager différents enseignements :
la liaison entre le revêtement en BAC et
le support en enrobé bitumineux, qui s’est
maintenue pendant la durée de l’expérimentation,
réduit de manière sensible les sollicitations sous
charge roulante et gradient thermique par rapport
à la situation traditionnelle où l’on recherche
un décollement par interposition d’une feuille
de polyane,
les calculs par éléments finis sur modèle 3-D,
avec gradient thermique et possibilité de
décollement, permettent une simulation réaliste
du comportement de ces chaussées rigides,
l’optimisation du dimensionnement nécessite
une meilleure connaissance des histogrammes
combinés de gradient thermique et de trafic.
Manège de fatigue du centre de Nantes.
M ATÉRIAUX ET TECHNIQUES
DE COUCHE DE SURFAC E
STRUCTURES DE CHAUSSÉES
Une nouvelle convention de recherche a été
A É ROPORTUAIRES ET SPÉCIALES
signée avec le ministère des Transports du Québec
sur le thème des matériaux de chaussées avec
Les expérimentations pour la révision des
la participation complémentaire de la société
méthodes de dimensionnement des chaussées
Heritage Research Group des États-Unis.
aéronautiques, destinées à recevoir les futurs
L’objectif est de comparer les approches avions gros porteurs, se sont poursuivies sur
développées en F r a n c e , au Québec et aux États- les chaussées expérimentales dites « souples »
Unis en matière de formulation des enrobés (enrobés bitumineux sur assise granulaire non
bitumineux. Une première expérimentation a été traitée) de l’aéroport de Toulouse-Blagnac.
m e n é e , au centre de Nantes du LCPC avec le En 2000, se sont achevés les essais de fatigue
manège de fatigue, pour évaluer le compor t e m e n t menés avec le simulateur d’atterrisseurs d’avions.
sous trafic de couches de roulement épaisses L’interprétation est poursuivie par le LCPC en
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lllLa vie scientifique et technique: organisation et principaux résultats Chapitre 2
collaboration étroite avec le Service technique QUELQUES PA R T E N A R I AT S
des bases aériennes et en liaison avec Airbus
Industries. Un programme comparable
Dimensionnement des chaussées aéronautiquesd’expérimentation sur des chaussées en béton
de ciment a été préparé et sera mis en œuvre Service technique des bases aériennes et Airbus
à partir de 2001. Industries
Propriétés des liants bitumineux
Groupement professionnel des bitumesÉ VOLUTION DES OUTILS ET MÉTHODES
D'ÉTUDE POUR LE DOMAINE R O U T I E R
Projet Européen COURAGE
La politique visant à l’amélioration des outils Université de Nottingham (Grande-Bretagne), VTT
et méthode d’étude pour le domaine routier (Finlande), Instituto Superior Tecnico (Portugal),
est poursuivie avec, en 2000 : ZAG (Slovénie), université de Hanovre (Allemagne)
et les administrations des routes de Finlandela réalisation d’un nouveau banc d’essai pour
(FINNRA), d’Irlande (NRA) et d’Islande (PRA).la détermination du module complexe des enrobés
bitumineux,
Formulation des enrobés bitumineux
la qualification du déflectographe Flash qui
Ministère des transports du Québec, Heritagepermet de réaliser les mesures de déformabilité
Research Group (États-Unis)de surface de tout type de chaussée à partir du
même équipement et à une vitesse de l’ordre Transportation Research Laboratory
de 8 kilomètres par heure, (Grande Bretagne)
la réalisation d’une nouvelle électronique au Comité RILEM, Essais sur enrobés
Centre d’étude et de construction de prototypes
Scétauroutede Rouen pour l’analyseur de profil en long ainsi
que le nouveau logiciel permettant l’exploitation
des mesures selon les dispositions de la nouvelle
circulaire de la Direction des routes sur le contrôle
de l’uni des chaussées neuves,
la qualification des logiciels d’aide à la gestion
des chaussées GiRR-Evalue et GiRR-Programme.
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