Etude de l’orniérage des graves non traitées

a) Roue simple large b) Jumelage type

Figure II - 26 : Deux types de train de roulement (d’après CORTE et al., 1998)

Le Tableau II - 8 présente les résultats, et les auteurs ont coonstaté que : 1) la roue simple large est toujours plus agressive que le jumelage pour les pressions de 0.67 et 0.57 MPa ; 2) il est difficile de conclure à une différence significative entre le tandem et roue isolée, car la différence mesurée sur l’enrobé témoin est inférieure au millimètre. Pour les autres matériaux, les tendances sont encore nettement moins marquées (de 0.2 mm à 0.6 mm)

Tableau II - 8 : Profondeurs d’ornières (mm) après 100 000 chargements pour différents trains de roulement à 45 km/h (d’après CORTE et al., 1998)

Expérimentation Roue simple large Jumelage type ^{Tandem à roues simple} larges

1992 10 6.8

5.8

1993 4.9 ×

1994 9.5 8

 Influence de la vitesse de chargement : la vitesse de chargement est l’un des paramètres importants pour l’orniérage, mais les résultats du Tableau II - 9 indiquent des écarts de déformations pour des vitesses différentes. Ils ont aussi constaté cette tendance sur les autres matériaux, et à la fin, ils concluent qu’il n’est pas possible de quantifier de façon significative la réduction d’ornière.

Tableau II - 9 : Profondeurs d’ornière (mm), obtenues après 100 000 chargements (d’après CORTE et al., 1998)

Train de roulement Roue simple large Jumelage type Vitesse (km/h) 47.7 42.9 40.4 47.7 40.4

1992 9.1 × 12 5.8 8.7

1993 4.5 7 × × ×

1994 8 × 12.5 7.1 9.6

II.2.3.2 Etude de l’orniérage des graves non traitées

L’orniérage des graves non traitées a été étudié par BROWN et HYDE (1975), MONISMITH et al. (1975), MARTINEZ (1980), PAUTE et al. (1984, 1988, 1994, 1996¹, 1996²), HORNICH et al. (1993 et 1998), GOMES CORREIA (1996), GIDEL (1997), GIDEL et al. (2001), CORONADO GARCIA (2005), etc..

Chapitre II : Etude du compactage 61

- Travaux de PAUTE : Lorsqu’un matériau granulaire est soumis à des chargements cycliques à contraintes imposées (Figure II - 27), tels que ceux correspondant au trafic routier, les déformations de la structure granulaire dépendent des déformations élémentaires suivantes : 1) déformation élastique (réversible) de chaque particule ; 2) glissements (irréversibles) entre particules ; 3) déformations irréversibles dues à l’éclatement des grains et à l’attrition.

Figure II - 27 : Déformation d’un matériau granulaire sous chargement cyclique (d’après PAUTE et al., 1994)

La Figure II - 28 représente le montage triaxial développée par PAUTE et al. (1994) au sein du Réseau des Laboratoires des Ponts et Chaussées. Cet appareil triaxial à chargements répétés est conçu pour des éprouvettes de 150 mm de diamètre et 300 mm de hauteur. Les mesures des déformations axiales et radiales sont faites à l’aide de capteurs de déplacement situés dans la zone du tiers central, et l’effort de compression axial et la pression latérale sont mesurés à l’intérieur de la cellule.

Figure II - 28 : Schéma de la Cellule triaxiale LPC (d’après PAUTE et al. 1994 ; cité par GIDEL et al. 2001)

PAUTE et al. (1994) ont indiqué que pour des niveau de contraintes éloignés de la rupture du matériau, il y a deux stades :

 au début des chargements, la déformation plastique augmente rapidement mais la déformation élastique diminue ;

Chapitre II : Etude du compactage 62  après un certain nombre de chargements, la déformation permanente tend à se stabiliser et

le comportement du matériau peut être considéré comme élastique.

La Figure II - 29 présente un exemple typique d’évolution des cycles contrainte-déformation au cours d’un tel chargement. On voit qu’après 15 000 cycles de chargement, l’hystérésis diminue fortement, et le comportement de la grave s’approche de plus en plus d’un comportement élastique.

Figure II - 29 : Evolution des cycles contraintes/déformations au cours des chargements (d’après PAUTE et al., 1994)

- Travaux de MARTINEZ : la Figure II - 30 obtenue par MARTINEZ (1980) représente l’évolution de la déformation permanente axiale ε1

p d’une grave granitique (w = wOPN + 2 = 13 ; ρd = 0.97 * ρ OPN = 1.85 g/cm³) en fonction du nombre de cycles pour trois niveaux de contrainte (deux essais par niveau). Ces essais sont réalisés avec une pression de confinement constante (σ3 = 20 kPa), et des valeurs croissantes de la contrainte déviatorique (q = 40, 80, 120 kPa).

Figure II - 30 : Influence du nombre de cycles de sollicitation et du niveau des contraintes sur l’accumulation de la déformation permanente axiale (d’après MARTINEZ, 1980 ; cité par GIDEL

et al., 2001)

On observe que ε1 p

augmente rapidement lorsque la contrainte déviatorique q augmente, et pour la valeur la plus élevée de q, il n’y a plus stabilisation de la déformation. De plus, les résultats présentent une dispersion importante, avec des différences de l’ordre de 50% pour des chargements identiques.

Chapitre II : Etude du compactage 63

- Travaux de HORNYCH : HORNYCH et al. (1993 et 1998) ont étudié l’influence de la nature minéralogique du matériau et de la teneur en eau sur la résistance aux déformations permanentes.

La Figure II - 31 (à gauche) présente les résultats de déformation permanente axiale en fonction du nombre de cycles pour trois graves de nature différente (Sorèze : calcaire dur ; Ecuelles : calcaire tendre ; Poulmarch : microgranite). Le chargement est le même (p = 200 kPa, q = 400 kPa, n = 80 000 cycles), la densité syche et la teneur en eau sont identiques (ρd = 0.97 ρd OPM ; w = wOPM - 2). Ces résultats montrent l’influence de la nature minéralogique du matériau sur la déformation permanente, et la grave issue du calcaire tendre qui présente les déformations les plus importantes.

La Figure II - 31 (à droite) montre, pour les trois graves précédentes, l’influence de la teneur en eau sur la déformation permanente axiale caractéristique A1c (déformation permanente limite pour un chargement normalisé). HORNYCH et al. trouvent que, pour les trois matériaux, il existe une valeur de teneur en eau à partir laquelle les déformations permanentes augmentent très rapidement. Cette valeur se situe vers wOPM - 3% pour le calcaire dur et wOPM - 1% pour le calcaire tendre et le microgranite.

Figure II - 31 : Influence des caractéristiques du matériau (d’après HORNYCH et al., 1993 et 1998 ; cités par GIDEL et al. 2001)

- Travaux de GIDEL : Les études effectuées visaient principalement à comparer les déformations permanentes des matériaux en réalisant des essais cycliques sous un seul niveau de chargement. Mais, dans leurs travaux, GIDEL et al. (2001) ont présenté une nouvelle procédure d’essai, qui permet d’étudier l’évolution des déformations permanentes pour une large gamme de niveaux de contraintes avec un nombre réduit d’essais.

Cette méthode consiste à réaliser des essais par paliers, c’est-à-dire à solliciter une même éprouvette sous plusieurs niveaux de contraintes successifs croissants (on effectue N1 cycles de chargement au premier niveau de contraintes, puis N2 cycles au second niveau, etc. ; Figure II - 32).

Les auteurs ont validé cette méthode en effectuant une série d’essai pour étudier l’influence des contraintes sur l’évolution des déformations permanentes, et ils en ont déduit des lois de variation des déformations permanentes en fonction des contraintes.

Influence de la nature minéralogique du matériau (d’après HORNYCH, 1993)

Influence de la teneur en eau (d’après HORNYCH, 1998)

Chapitre II : Etude du compactage 64

Figure II - 32 : Chargements cycliques par paliers (d’après GIDEL et al., 2001) II.2.3.3 Etude de l’oniérage des couches de fondation de route

Cette bibliographie se compose de deux grande parties : 1) introduction ; 2) revue de littérature.

II.2.3.1.1 Introduction

La fonction principale des sols de fondation est de fournir un appui aux structures de chaussées. Sous des charges de trafic lourdes, les sols de fondation peuvent se déformer et contribuer à la destruction de la structure de la chaussée les recouvrant. Pour les chaussées d'asphalte, cette destruction prend normalement la forme de fissuration et d'orniérage.

La déformation des sols de fondation de routes peut être divisée en la déformation réversible qui indique le comportement élastique, et la déformation irréversible qui indique le comportement plastique. Les méthodes actuelles de dimensionnement des chaussées considèrent beaucoup le comportement élastique, et la déformation permanente est considérée comme relativement secondaire par rapport à la déformation élastique.

HUANG (1993) a montré que la couche de fondation jouait un rôle essentiel dans l’initiation et la propagation des déformations permanentes dans les structures de chaussées, et qu’elle influait directement sur les performances de la chaussée.

Afin que les deux parties de déformation du sol puissent être correctement incorporées dans la conception des chaussées, il est important de quantifier l’impact de la déformation permanente des couches de fondation. Et le chargement répété est la méthode d’essai généralement utilisée pour l’analyse des déformations élastiques et plastiques des sols de fondation.