Analyse des mesures sur site et estimation des modules des couches de chaussées chaussées

Un des premiers objectifs des mesures réalisées sur site, sur les différentes sections de l’A10, était d’évaluer les caractéristiques des couches de chaussée. Pour cela, des analyses des mesures ont été réalisées avec le logiciel ALIZE (http://www.lcpc.fr/en/produits/alize/index.dml), Ce logiciel, utilisé pour le dimensionnement des chaussées, permet de réaliser des calculs de structures de chaussées en élasticité linéaire. Il a été présenté en détail dans le paragraphe 1.6.2.1 du chapitre I.

Le principal objectif des calculs réalisés avec Alizé était de valider les propriétés in-situ du matériau traité au ciment, en définissant un modèle mécanique de la chaussée et en estimant le module de la couche de Recyvia et son évolution dans le temps. Les calculs ont été réalisés avec les hypothèses suivantes :

 Pour le sol, conformément aux résultats de la Figure 3.6, il a été décidé de distinguer deux zones, avec des niveaux de rigidité différents du sol:

o Une première zone, correspondant aux deux profils avec un sol composé de sable argileux, présentant les niveaux de déformation les plus élevés (entre 160 et 120 def environ au passage des poids-lourds).

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o Une deuxième zone, correspondant aux deux profils avec un sol traité au ciment en partie supérieure de la plate-forme, présentant des niveaux de déformations beaucoup plus faibles (entre 20 et 40 def environ, au passage des poids lourds).  Pour les deux types de sol, les calculs avec ALIZE ont été utilisés pour estimer le module

du sol et son épaisseur en se basant sur les mesures des jauges verticales au sommet du sol.

 Pour les couches en enrobés, seule la couche d’EME avait été instrumentée et toutes les jauges ont été cassées. Il n’était donc pas possible d’utiliser les mesures pour déterminer le module de la couche d’EME. Pour cette raison, les valeurs minimales des modules imposés par la norme NF P-98-086 ( (AFNOR, 2011)) ont été utilisées pour les couches bitumineuses neuves de la structure (BBTM et EME). Dans la norme, ces valeurs sont données à la température de 15°C et à la fréquence de 10Hz. Dans les calculs que nous avons réalisés, ces valeurs de modules ont été corrigées en fonction des valeurs de température et de fréquence réellement obtenues lors de la réalisation des mesures. (des corrections de ce type sont proposées dans le logiciel ALIZE).

 Pour le Recyvia, les déformations longitudinales mesurées à la base et au sommet de la couche ont été utilisées pour déterminer le module de ce matériau.

 Enfin, les coefficients de Poisson de toutes les couches de chaussée ont été supposés égaux à 0.35, et les interfaces entre toutes les couches de la structure ont été supposées collées.

Un exemple de la structure de chaussée modélisée avec Alizé est présenté sur la Figure 3.8. Les modules des enrobés sont donnés à la température de 2°C et à la fréquence de 0.5Hz.

Figure 3.8. Structure de la chaussée définie dans Alizé (T°=2°C et f=0.5Hz) Le chargement du déflectographe tel qu’il est défini dans Alizé est présenté sur la Figure 3.9.

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Figure 3.9. Chargement du déflectographe défini dans Alizé (échelle en m)

Un résultat de calcul de la déformation longitudinale à la base de la couche de Recyvia sous le passage du déflectographe (2°C, 0.5Hz) sous forme de contours avec Alizé est présenté sur la Figure 3.10.

Figure 3.10. Résultat de calcul de la déformation longitudinale à la base de la couche de Recyvia sous le passage du déflectographe (2°C, 0.5Hz) sous forme de contours avec Alizé Dans un premier temps, les calculs avec le logiciel Alizé ont été réalisés pour la première campagne de mesures de novembre 2011, afin de fixer un modèle de référence de la structure.

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Deux séries de mesures, réalisées à 2°C et 0.5Hz (3km/h) et à 12°C et 0.5Hz (3km/h) respectivement, ont été utilisées pour cela. La démarche a consisté à faire varier les paramètres inconnus du problème, à savoir le module de la couche de Recyvia, ainsi que le module et l’épaisseur du sol, jusqu’à obtenir une bonne concordance entre les déformations mesurées par les jauges et calculées. Ces paramètres du modèle ont été ajustés pour les deux zones, correspondant aux deux types de sol, de rigidité différente.

Les deux modèles de structures de référence, ainsi obtenus par calage avec ALIZE sont présentés dans le Tableau 3.1. Les modules obtenus pour le sol sont de 100 MPa dans le cas du sol naturel et de 800 MPa dans le cas du sol traité. Les modules obtenus pour le Recyvia sont de 6500 MPa pour la zone avec le sol naturel et 6000 MPa pour la zone avec le sol traité.

Tableau 3.1. Structures de chaussées calées avec le logiciel Alizé

Couche

Structure avec sol naturel (2°C, 0.5 Hz)

Structure avec sol traité au ciment (12°C, 0.5 Hz) Epaisseur (m) ^{E (MPa) ν} Epaisseur (m) ^{E (MPa) ν} BBTM 0.025 3220 0.35 0.025 1886 0.35 EME 0.11 11294 0.35 0.11 7882 0.35 EME 0.11 11294 0.35 0.11 7882 0.35 Recyvia 0.3 6500 0.35 0.3 6000 0.35 Sol 0.5 100 0.35 1 800 0.35

La première zone, avec un sol naturel, correspond aux sections PR 16+850 et PR 17+100. Les déformations à la base de la couche Recyvia, au sommet de la couche de Recyvia et au sommet du sol, mesurées avec les jauges et calculées avec Alizé, pour les profils avec le sol naturel sont présentées respectivement sur les Figure 3.11, Figure 3.12, Figure 3.13. La température de mesure est de 2°C et la fréquence est de 0.5Hz (3km/h). Les déformations sont mesurées sous le passage d’un déflectographe. Ce sont les caractéristiques de ce véhicule qui ont été utilisé pour calculer les déformations.

On remarque qu’il y a une bonne concordance entre les valeurs de déformations mesurées et calculées avec Alizé. Le modèle prédit bien les valeurs maximales des déformations, mais aussi la forme des signaux de déformations, ce qui montre que pour la structure semi-rigide de l’A10, avec une fondation en matériau traité au ciment, l’hypothèse d’un comportement élastique de la chaussée est satisfaisante.

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Figure 3.11. Déformations longitudinales à la base de la couche de Recyvia, sous le passage du déflectographe, calculées avec Alizé et mesurées par les jauges

(structure avec sol naturel à 2°C, 0.5 Hz)

Figure 3.12. Déformations longitudinales au sommet de la couche de Recyvia, sous le passage du déflectographe, calculées avec Alizé et mesurées par les jauges

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Figure 3.13. Déformations verticales au sommet de la couche du sol, sous le passage du déflectographe, calculées avec Alizé et mesurées par les jauges

(structure avec sol naturel à 2°C, 0.5 Hz)

La deuxième structure avec un sol traité au ciment correspond aux profils PR 15+700 et PR 15+900. Les déformations à la base de la couche de Recyvia et au sommet du sol, mesurées avec les jauges et calculées avec Alizé, pour les profils avec le sol traité au ciment sont présentées respectivement sur les Figure 3.14, Figure 3.15. La température des mesures est de 12°C et la fréquence est de 0.5 Hz (3km/h). Les déformations sont mesurées sous le passage d’un déflectographe. C’est ce même véhicule qui a été utilisé pour calculer les déformations.

A nouveau, on constate un bon accord entre les valeurs de déformations mesurées et calculées avec Alizé, avec des niveaux de déformations plus faibles sur ces sections.

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Figure 3.14. Déformations longitudinales à la base de la couche de Recyvia, sous le passage du déflectographe, calculées avec Alizé et mesurées par les jauges

(structure avec sol traité au ciment – 12°C, 0.5 Hz)

Figure 3.15. Déformations verticales au sommet du sol calculées avec Alizé, sous le passage du déflectographe, et mesurées par les jauges (structure avec sol traité au ciment – 12°C, 0.5 Hz) Ensuite, des calculs similaires avec le logiciel Alizé ont été réalisés en utilisant les mesures des jauges obtenues lors des trois campagnes de mesure suivantes, effectuées entre avril 2012 et février 2014. Pour ces calculs, l’objectif était d’estimer le module du Recyvia. On a donc supposé que les caractéristiques de la couche de sol et des couches bitumineuses restaient constantes (excepté en ce qui concerne les variations de module des couches bitumineuses avec la température, qui ont été prises en compte), et seul le module de la couche de Recyvia a été calé sur les mesures. Les mesures ont été effectuées sous le passage du poids lourd de type T2S3 chargée à 46 tonnes (cf. paragraphe 2.2.4 du chapitre II) à 10 km/h et 10°C. Le chargement de ce

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poids-lourd modélisé avec le logiciel Alizé est présenté sur la Figure 3.16 (pour des raisons de symétrie, seuls des demi-essieux sont modélisés).

Figure 3.16. Chargement du poids lourd T2S3 défini dans Alizé (échelle en m)

Les Figure 3.17, Figure 3.18, Figure 3.19 présentent le calage des mesures de déformation à la base de la couche de Recyvia pour la structure avec sol traité au ciment; à la base et au sommet de la couche de Recyvia pour la structure avec sol naturel.

On remarque qu’il y a une bonne concordance entre les valeurs de déformations mesurées et calculées avec Alizé à la base de la couche de Recyvia pour les deux structures. Le calcul avec Alizé surestime la déformation calculée au sommet de la couche de Recyvia de la section PR 16+850 (structure avec sol naturel). Les formes des déformations mesurées et calculées sont cependant similaires.

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Figure 3.17. Déformations longitudinales à la base de la couche de Recyvia, sous le passage du poids-lourd de type T2S3, calculées avec Alizé et mesurées par les jauges

(structure avec sol traité au ciment – 10°C, 1.5 Hz)

Figure 3.18. Déformations longitudinales à la base de la couche de Recyvia, sous le passage du poids-lourd de type T2S3, calculées avec Alizé et mesurées par les jauges

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Figure 3.19. Déformations longitudinales au sommet de la couche de Recyvia, sous le passage du poids-lourd de type T2S3, calculées avec Alizé et mesurées par les jauges

(structure avec sol naturel, section PR 16+850 – 10°C, 1.5 Hz)

Les valeurs de module de la couche de Recyvia ainsi obtenues avec les calculs ALIZE, pour les quatre campagnes de mesure, sont présentées sur la Figure 3.20.

Figure 3.20. Evolution du module de la couche Recyvia des deux structures, au cours des quatre campagnes de mesures sur site.

Les résultats montrent que le module de la couche de Recyvia augmente au cours du temps, et que les mesures obtenues sur les deux types de structures, avec sol naturel et sol traité, sont cohérentes. Ce module varie entre 6000 et 6500 MPa sur les deux structures, lors de la première campagne de mesures (novembre 2011) et augmente jusqu’à 10500 et 11000 MPa en février 2014. Cela confirme que le Recyvia est un matériau à prise lente et montre que son module continue

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d’augmenter lentement deux ans après la construction. De plus, les résultats obtenus en novembre 2011 (deux mois après la construction) sont en bon accord avec les modules mesurés sur le Recyvia à 90 jours en laboratoire (6000 MPa). Cela confirme que les propriétés in-situ du matériau sont cohérentes avec la formulation réalisée en laboratoire.

Ces différentes campagnes de mesures sur site, sur les sections équipées de jauges ont donc permis de caler, avec une précision satisfaisante, un modèle de la structure, et en particulier de déterminer, pour les différentes campagnes de mesure, les niveaux de module de la couche de Recyvia. Ces informations ont permis de confirmer les résultats des études en laboratoire, et de montrer que la mise en œuvre du Recyvia sur site a bien permis d’atteindre les niveaux de module de l’étude de formulation en laboratoire (6000 MPa à 90 jours). Le suivi des sections en place a également mis en évidence un gain de module supplémentaire du Recyvia au cours du temps, avec des valeurs de module de 10500 à 11000 MPa après environ 2 ans, apportant une marge de sécurité supplémentaire par rapport au dimensionnement. Ces résultats ont permis de conforter le maître d’ouvrage dans son choix de solution de renforcement de la structure. La modélisation a également confirmé que l’interface entre la couche de Recyvia et les couches bitumineuses est collée, ce qui est également important pour la durabilité de la structure.