Méthodologie de l’expérimentation .1 Volet #1 .1 Volet #1

PROGRAMME EXPÉRIMENTAL 2.1 Présentation générale

2.2 Méthodologie de l’expérimentation .1 Volet #1 .1 Volet #1

Le volet #1 du programme de recherche se présente en deux parties. Suivant les essais thermiques (ET), incluant des cycles de gel et dégel (GD), imposées sur les éprouvettes

conditionnées suivant divers états, la première partie (volet #1A) vise à quantifier à la fois les phénomènes physiques générés (variations thermiques et déformation thermiques linéique) et une deuxième partie (volet #1B) se concentre sur l’évolution de rigidité (ou endommagement) de ces éprouvettes. Donc, nous avons recours à des essais thermiques (ET) et d’essais mécaniques. Les essais mécaniques consistent principalement à des essais de modules complexes (EE*) réalisés sur les éprouvettes testées. Notamment, cinq états de saturation sont étudiés : état sec (S), état partiellement saturé en eau (PSE), et état partiellement saturé en saumure (PSS) suivant trois concentrations en sel. Les concentrations en sel étudiées sont : 7,4% (PSS7), 13,8% (PSS14) et 19,4% (PSS19). Ces concentrations en sel ont été choisies afin de couvrir une plage importante.

2.2.1.1 Volet #1A, les essais thermiques (ET)

Les éprouvettes suivant les différents états de saturation sont soumises aux essais thermiques (ET) qui incluent des cycles de gel et dégel (GD). Pour évaluer les phénomènes physiques induits, il est nécessaire d’avoir recours à une instrumentation spécifique des éprouvettes : jauge de déformation et thermocouples (groupe #1). Plus exactement, pour évaluer les gradients thermiques au sein d’une éprouvette, un thermocouple est placé au centre de la masse. Notamment, les éprouvettes du groupe #1 sont équipées d’une jauge de déformation (direction axiale) et de deux thermocouples : un thermocouple placé à la surface de l’éprouvette et un autre inséré au cœur. Ces éprouvettes sont désignées : éprouvettes de type T (Tableau 2.1). Le détail de l’instrumentation de ces éprouvettes est donné à la section 2.4.11.3. Ce groupe d’éprouvettes permet un suivi de l’évolution des températures et de la déformation à chacun des ET et générés par ces cycles de GD pour les différents états étudiés. L’analyse du comportement de l’enrobé bitumineux est donc associée essentiellement à l’étude d’un critère dit dimensionnel par l’entremise des jauges (évolution des déformations axiales, εaxiale) et d’un critère relatif à la température par l’entremise des thermocouples (évolution et fluctuation de la température). Or, l’instrumentation des éprouvettes du groupe #1 soit, la présence d’un thermocouple au cœur, s’avère préjudiciable

été ajouté à l’étude du volet #1 du programme expérimental. Les éprouvettes du groupe #2 sont quant à elles équipées de deux jauges axiales, deux jauges diamétrales et d’un seul thermocouple placé à la surface. Ces éprouvettes sont désignées : éprouvettes de type E* (Tableau 2.1). Le détail de l’instrumentation de ces éprouvettes E* est donné à la section 2.4.11.4. Seules les éprouvettes de ce groupe (#2), éprouvettes de type E*, sont soumises aux essais de module complexe (EE*).

Tableau 2.1 Répartition des éprouvettes pour les essais thermiques (ET)

Groupe

Éprouvette

État

Essais thermiques réalisés (ET, -18 à +23°C) type nombre ^Nombre ^{Nombre de cycles de gel et dégel par ET}_{(GD, -18 à +10°C)}

#1 T 1 S 6 ET (1 à 6) 1er ET : 1 GD 2e ET : 2 GD 3e ET : 7 GD 4e ET : 20 GD 5e ET : 30 GD 6e ET : 40 GD pour un total de 100CGD 1 PSE 1 PSS7 1 PSS14 1 PSS19 #2 E* 1 S 1 PSE 1 PSS7 1 PSS14 1 PSS19 CGD Cycle de gel-dégel ;

T Éprouvette soumise uniquement aux essais thermiques (ET) ;

E* Éprouvette soumise aux essais thermiques (ET) et de module complexe (EE*) ; S Éprouvette à l’état sec ;

PSE Éprouvette partiellement saturé en eau ;

PSS7 Éprouvette partiellement saturé en saumure avec une concentration en sel de 7,4% ; PSS14 Éprouvette partiellement saturé en saumure avec une concentration en sel de 13,8% ; PSS19 Éprouvette partiellement saturé en saumure avec une concentration en sel de et 19,4%.

Les conditions thermiques appliquées aux deux groupes d’éprouvettes (#1 et #2) sont exposés au Tableau 2.1. La plage de température utilisée lors de ces essais thermique (ET)21

est de -18 à +23°C (étapes Aj-Jj, Figure 2.1). Chacun des ET varie de l’un à l’autre en raison

21 La plage de température considérée pour les essais thermiques est inspirée de celle retenue pour la réalisation des essais de résistance à l’écaillage des bétons hydrauliques (-18 ± 3°C à +23 ± 2°C ; ASTM C 672/C 672M-03 ; ASTM, 2003b).

du nombre de cycles de gel et dégel (GD) réalisés (Tableau 2.1 et Figure 2.1). Plus spécifiquement, le nombre de cycles de GD réalisé à chacun des ET est de : 1, 2, 7, 20, 30 et 40. Lors des cycles de GD²², la température varie de -18 à +10°C (Figure 2.1).

Figure 2.1 Déroulement et durée pour la réalisation des six essais thermiques (ET) et sept essais de module complexe (EE*) sur les deux groupes d’éprouvettes

2.2.1.2 Volet #1B, les essais de module complexe (EE*)

La Figure 2.1 indique clairement les moments retenus pour la mesure des modules complexes (EE*) suivant chacun des essais thermiques (ET) et ce, en vue de cerner l’évolution de l’endommagement induit. Les essais de module complexe (EE*) sont effectués afin de suivre l’évolution de la rigidité (|E*|) des éprouvettes d’enrobé bitumineux suivant les ET pour les différents états étudiés.

22 La plage de température retenue pour la réailsation des cycles de gel et dégel a été établie à partir des températures moyennes minimales et maximales (arrondies à l’entier) observées lors de la période de gel et dégel au Québec (§ 1.2.3.2). Quant au nombre de cycles de gel et dégel (GD), il a été établi afin d’assurer un suivi serré au commencement des essais thermiques et des ajustements dès que possible si cela était nécessaire. Par ailleurs, la réalisation d’un cycle de GD dure au moins 24h. En considérant cette durée importante, le nombre maximal de cycles de GD a été fixé à 100. Tout de même, cela représente environ deux hivers et demi de sollicitations climatiques (moyenne de 43 cycles de GD par hiver, § 1.2.3.2).

En particulier, le dommage des éprouvettes généré par les cycles de GD est analysé (DXGD). Le détail de ce calcul est donné à la section 2.7.11. Pour obtenir la rigidité de l’enrobé bitumineux à l’état initial (0 GD), il est alors nécessaire de réaliser un EE* avant les ET (Figure 2.1). Notamment, les essais de module complexe (EE*) sont réalisés en alternance avec les essais thermiques (ET), soit avant et après les six (6) ET imposés (Figure 2.1). À cet effet, sept EE* sont réalisés sur chacune des éprouvettes E* (Tableau 2.2).

Le temps requis pour la mesure des E* est non négligeable, 3 jours d’essai par éprouvette, qui sont au nombre de cinq (Tableau 2.2). En raison du temps requis, il a été choisi de tester qu’une éprouvette par état. La mesure du E* explique les interruptions, le cheminement particulier et le prolongement de la durée pour la réalisation des six ET (ou des six séquences de CGD) réalisée pour les deux groupes d’éprouvettes (Figure 2.1).

Tableau 2.2 Répartition des éprouvettes pour les essais de module complexe (EE*)

Groupe ^Éprouvette État ^{Essais mécaniques, de module complexe (EE*),}_{réalisés sur chacune des éprouvettes (nombre)} type nombre #2 E* 1 S 7 EE* (1 à 7) 1 PSE 1 PSS7 1 PSS14 1 PSS19

E* Éprouvette soumise aux essais thermiques (ET) et de module complexe (EE*) ; S Éprouvette à l’état sec ;

PSE Éprouvette partiellement saturé en eau ;

2.2.2 Volet #2, les essais de fatigue (EF)

Suite à l’analyse des essais thermiques (ET) et de module complexe (EE*) du volet #1, il a été convenu de réaliser des essais de fatigue (EF) sur des éprouvettes : 1) à l’état sec (S) et, 2) partiellement saturées en eau (PSE). Ce choix s’est fait en constatant que l’état PSE,

comparativement aux états S, PSS7, PSS14 et PSS19, est le plus dommageable. L’objectif principal du 2^ème volet est de déterminer la durée de vie en fatigue de l’enrobé bitumineux en fonction des deux états : S et PSE.

Les éprouvettes soumises aux essais de fatigue (EF) n’ont pas été instrumentées de jauges.

Elles sont représentées par le terme FSJ (sans jauge) (Groupe #3, Tableau 2.3). Pour la

détermination de la durée de vie en fatigue, 5 à 10 éprouvettes sont testées par état (Groupe #3, Tableau 2.3). L’analyse du comportement à la fatigue de l’enrobé bitumineux est fondée essentiellement sur la mesure de l’évolution de la norme du module complexe (|E*|) et la durée de vie (N_f) qui est établie suivant différents critères de rupture pour divers niveaux de déformations imposées.

Tableau 2.3 Répartition des éprouvettes pour les essais de fatigue (EF)

Groupe ^Éprouvette État _{réalisé sur chaque éprouvette (nombre)}^{Essai mécanique, de fatigue (EF),} A

type nombre

#3 FSJ

5 à 10 S _1EF,

jusqu’à la rupture de l’éprouvette

5 à 10 PSE

A Le niveau de déformation lors d’un essai de fatigue (EF) est constant (µε constante). Toutefois, pour établir la courbe de Wöhler, au moins quatre essais de fatigue sont réalisés à différentes amplitude de déformation (µε variable) ;

FSJ Éprouvette sans jauge de déformation et soumise à l’essai de fatigue ; S Éprouvette à l’état sec ;

PSE Éprouvette partiellement saturé en eau.

2.2.3 Nomenclature utilisée

En raison des diverses éprouvettes et types d’essai au cœur de cette recherche, il devient important de choisir une nomenclature d’identification appropriée pour la codification des éprouvettes et résultats d’essai.

Pour les éprouvettes partiellement saturées en eau ou en saumure (PSE, PSS7, PSS14 et PSS19), il est important de préciser leur degré de saturation car il affecte : A) la rigidité de

l’enrobé bitumineux à haute et basse températures en raison de la perte de cohésion du mastic et à la formation de glace respectivement et, B) la durée de vie de l’enrobé.

Pour les éprouvettes soumises aux EE*, il est nécessaire d’effectuer un décompte du nombre d’EE* réalisés sur chacune d’entre-elles. Ceci s’explique par le fait même que la réalisation d’un essai de module complexe (EE*) génère un cycle de GD. De plus, ce cycle de GD est très différent de ceux imposés au cours des ET. En effet, pour l’EE*, l’éprouvette est soumise à une plage de température variant de +23 à -35°C et de -35 à +35°C.

Pour les EE*, la nomenclature d’identification est présentée au Tableau 2.4. Par exemple, le code "E*-PSE-DS90%-10GD-4EE*" signifie que l’éprouvette de type E*, partiellement saturée en eau (PSE) à un degré de saturation (DS) de 90% a été soumise à 10 cycles de gel-dégel (GD) et à quatre (4) essais de module complexe (EE*).

De plus, la teneur en vides des éprouvettes et l’amplitude de déformation obtenue lors des essais de fatigue (EF) affecte grandement leur durée de vie. Alors, il est important de le préciser dans l’identification. Pour les EF, cette nomenclature d’identification est présentée au Tableau 2.5.

Tableau 2.4 Nomenclature utilisée pour la codification des éprouvettes soumises aux essais de module complexe (EE*)

Instrumentation État Sollicitations d’ordre

Type d’éprouvette _Fluide^Saturation_Degré Thermiques Mécaniques

E* ‒ S PSE PSS7 PSS14 ou PSS19 ‒ DSW% ‒ XGD ‒ YEE* W De 0 à 100 ; X 0, 1, 3, 10, 30, 60 et 100 ; Y De 1 à 7.

Tableau 2.5 Nomenclature utilisée pour la codification des éprouvettes soumises aux essais de fatigue (EF)

État Éprouvette Sollicitations

Saturation _Teneur_en_vides _{Numéro Amplitude de}

déformation Fluide Degré S PSE PSS7 PSS14 ou PSS19 ‒ DSW% ‒ Y% ‒ PSC ‒ Zµdef W De 0 à 100 ;

Y De 2 à 6, avec deux chiffres significatifs ; P Numéro de la plaque d’enrobé bitumineux ;

SC Code associé au numéro de l’éprouvette carottée "C" spécifiant son

positionnement au sein d’une section "S" d’une plaque "P" confectionnée en laboratoire (détails à la Figure 2.3) ;

Z De 80 à 150.

Dans le document Endommagement d'un enrobé bitumineux partiellement saturé en eau ou en saumure soumis à des sollicitations cycliques de gel-dégel et mécaniques (Page 136-143)