Chapitre 9: Résultats et discussion
1.2 Mode de fonctionnement des structures de chaussée
1.2.3 Mode de fonctionnement des structures inverses
La grande rigidité des matériaux traités aux liants hydrauliques permet d’atténuer fortement les contraintes verticales transmises au support de chaussée. La rigidité des couches bitumineuses permet de diffuser, en les atténuant, les contraintes verticales transmises à la couche de grave non traité. Les efforts induits par les charges roulantes sont repris en traction par flexion dans les couches bitumineuses. Le rôle du grave non traitée est de ralentir la remontée des fissures de retrait thermique du grave hydraulique. Tant que les interfaces entre les couches bitumineuses restent collées, les efforts de traction maximaux se produisent à la base de la couche bitumineuse inférieure.
Pour cette structure, deux modes d’endommagements concourent { la ruine de la chaussée :
- la fissuration longitudinale de fatigue des couches bitumineuses qui favorisent les entrées d’eau dans la grave non traitée, altère sa rigidité et la rend plus sensible aux déformations permanentes ; ce qui amplifie la fatigue des couches bitumineuses avec une évolution rapide vers le faïençage ;
- la fissuration transversale de retrait thermique du matériau traité au liant hydraulique qui apparait en surface sous forme de fissures irrégulières, dédoublées donc difficile à étancher.
Figure 1.11:Répartition des charges dans une structure inverse (3)
Présenté par TONFFOUSSIE A. Stéphane 13 1.2.4 Mode de fonctionnement des structures mixtes
Les matériaux hydrauliques de la couche de fondation diffusent et atténues du fait de leur rigidité élevées, les efforts transmis au sol support. Grace à son épaisseur, la couche de base en matériaux bitumineux permet de ralentir la remontée des fissures transversales de la couche de fondation et d’atténuer les gradients thermiques journaliers ; ses performances mécaniques lui permettent de réduire les contraintes de flexion à la base de la couche de fondation.
Par suite de coefficient de dilatation thermique différent entre les matériaux bitumineux et hydrauliques et de l’action du trafic, les couches de base et de fondation peuvent finir par se décoller et se rompre dans certaines zones, ce qui conduit à considérer un mode de fonctionnement mécanique de la structure en deux temps :
- 1er temps : l’interface entre les couches de fondations et de base est considérée collée : la base de la couche traitée aux liants hydrauliques est sollicitée en fatigue par traction ;
- 2eme temps : l’interface entre les couches de fondation et de base est localement décollée : dès lors, les deux couches sont fortement sollicitées en traction à leur base.
La fissuration transversale de retrait de la couche de fondation affecte au fil du temps les couches bitumineuses. Ces fissures par l’effet du trafic et des pénétrations d’eau évoluent en se dédoublant, entrainant une dégradation des matériaux bitumineux.
Les efforts répétés de traction { la base de l’assise hydraulique entrainent sa dégradation par fatigue traduite par l’apparition d’une fissuration longitudinale remontant peu à peu dans la structure. Lorsque du grave hydraulique est dégradée et/ou que l’interface entre les matériaux hydrauliques et bitumineux présente des signes de faiblesse. La couche de base est sollicitée à son tour par fatigue, ce qui se traduit alors par l’apparition d’une fissuration longitudinale.
Figure 1.12:Répartition des charges dans une structure mixte (3)
Présenté par TONFFOUSSIE A. Stéphane 14 1.3 Les différentes étapes d’évolution de la chaussée
Le processus de vieillissement d’une structure de chaussée passe nécessairement par trois phases fondamentales dont chacune d’elle est caractérisée par des indicateurs de performances indiquant l’aptitude de la chaussée { répondre aux attentes. Il s’agit de :
- la phase élastique ; - la phase plastique ; - la phase de rupture.
Présenté par TONFFOUSSIE A. Stéphane 15
Figure 1.13:Courbes d'évolution des chaussées (4)
Présenté par TONFFOUSSIE A. Stéphane 16 Interprétation du graphe :
- Courbe A:
Lorsque la route est construite avec des matériaux de qualité, on observe une augmentation de la portance de la structure qui est due au recompactage des couches sous l’action du trafic (premiers passages des charges). Après cela la déflexion reste constante sur une longue période (dans la phase élastique) et commence à évoluer dès qu’elle entre dans la zone plastique. L’indication d’une zone de rupture suggère l’existence d’une déflexion critique qui marque la frontière entre la fin de la phase plastique durant laquelle un renforcement est encore possible et la phase de rupture où il ne peut s’agir que de reconstruction.
- Courbe B:
Il arrive que la chaussée soit dès l’origine sous dimensionnée. La phase élastique peut être ainsi réduite, voire complètement inexistante, et la chaussée, si elle est constituée de matériaux de bonne qualité, se trouvera d’emblée { la limite de la phase plastique. Là, le renforcement reste encore possible et doit être exécuté sans aucun retard.
- Courbe C:
Lorsque la chaussée est réalisée avec des matériaux de qualité moins bonne et est sous dimensionnée, elle se trouve très rapidement en phase de rupture et devient à court terme impraticable.
1.3.1 La phase élastique
Après une période initiale de recompactage qui entraîne une légère diminution des déflexions, ces dernières restent constantes. Les déformations rémanentes sont pratiquement nulles et l’état de surface reste parfait (puisque l’imperméabilité est encore existante) sauf défauts imputables au revêtement. La déflexion restant pratiquement constante durant la phase élastique, il n’est d’ailleurs pas possible d’établir une corrélation entre sa valeur actuelle et le trafic antérieurement supporté par la chaussée. L’état général de la route est le plus souvent satisfaisant et le niveau de dégradation varie de faible à modéré.
1.3.2 La phase plastique
Après un certain nombre de passages d’essieux, la chaussée commence { manifester des signes de fatigue.
Présenté par TONFFOUSSIE A. Stéphane 17 Simultanément, les déflexions commencent par augmenter avec le temps de manière sensible. Si rien n’est fait pour diminuer les contraintes qui s’y manifestent, la chaussée entre en phase plastique et se met à évoluer rapidement.
Des ornières profondes apparaissent, accompagnées de ruptures de revêtement (fissurations et déformations légères) et d’une perte totale d’imperméabilité et de surcroît de portance.
1.3.3 La phase de rupture
Les déflexions augmentent rapidement avec le temps et la réaction qui s’est amorcée, aboutit dans un bref délai à sa ruine complète. La chaussée ayant alors perdu toutes ses qualités initiales est désormais très défaillante et une réhabilitation s’impose.
Le vieillissement des chaussées se manifeste soit par la perte de portance de la structure, soit par des pathologies enregistrées sur la surface ou dans le corps de ces chaussées. Alors une bonne maîtrise de l’évolution des structures de routes revêtues nécessite la connaissance des pathologies des chaussées que constituent les dégradations.
Présenté par TONFFOUSSIE A. Stéphane 18 Chapitre 2: Dégradations des chaussées revêtues
Une dégradation de chaussée se définie comme une détérioration des structures de la chaussée résultant de la mise en service de cette chaussée. WHOLER et MINER ont développé une théorie en définissant les indices d’état pour mesurer le niveau d’endommagement des chaussées. Ils définissent une dégradation comme le résultat de l’état de fatigue qu’accuse une structure de chaussée sollicitée par une répétition de charges { l’instar des essieux des véhicules.
D’une manière générale, une dégradation est souvent la conséquence :
- de l’état de fatigue des matériaux des couches de chaussée sous charges statiques ou répétées ;
- de la nature et l’épaisseur des matériaux utilisés, et { leur condition de fabrication et de mise en œuvre ;
- d’un défaut de portance du support de la chaussée ; - d’un défaut d’assainissement et de drainage des eaux ; - des cas d’accidents et infractions des usagers de la route.
Les dégradations sont couramment classées en deux types :
- les dégradations de types A ou dégradations structurelles ; issues d’une insuffisance de la capacité structurelle de la chaussée, elles caractérisent un état structurel de la chaussée, soit lié à l'ensemble des couches et du sol, soit seulement lié à la couche de surface.
On a comme dégradation superficielles :
les déformations ;
les fissures par fatigue.
- Les dégradations de type B ou dégradations superficielles ; qui prennent naissance dans les couches superficielles de la chaussée. Elles engendrent des réparations qui généralement sont non liées à la capacité structurelle de la chaussée et donc leurs origines sont soit un défaut de mise en œuvre, soit un défaut de qualité d'un produit, soit une condition locale particulière que le trafic peut accentuer.
Comme dégradations de type B, on peut citer :
les fissurations (hors fatigue) ;
les arrachements ;
les mouvements de matériaux.
Présenté par TONFFOUSSIE A. Stéphane 19 Les dégradations des routes revêtues sont regroupées en quatre familles :
- la famille des déformations ; - la famille des fissurations ; - la famille des arrachements ;
- la famille des remontées des matériaux.
Ces dégradations sont généralement à la base de la baisse de portance des chaussées, et sont la principale cause des campagnes de mesure de déflexion sur nos axes routiers.
2.1 La famille des déformations
On entend par déformations des dépressions ou ondulations de la route qui prennent généralement naissance dans le corps de chaussée ou dans le sol support et qui se manifestent sur la couche de roulement. Elles sont généralement différenciées suivant leur forme et leur localisation.
On distingue les tôles ondulées, les affaissements, les flaches, les orniérages et les bourrelets.
2.1.1 Les affaissements
Ce sont des dépressions très prononcées et souvent assez étendues, localisées soit en rive (Affaissements de rives) ou en pleine largeur de la chaussée (Affaissements hors rives).Ces derniers prennent le nom de flaches lorsqu'ils présentent une forme arrondie.
Photo 2.1:Schématisation d'un affaissement sur l’axe Parakou-Béroubouay
Causes probables :
sous dimensionnement du corps de chaussée ;
tassements différentiels ;
défaut de mise en œuvre ;
défaillance du système de drainage ;
Présenté par TONFFOUSSIE A. Stéphane 20
utilisation de matériaux inadéquats ou mal compactés ;
zone de déblai argileux ou secteurs marécageux.
Pour les flaches, les causes probables sont :
problème d’interface béton bitumineux, couche de base ;
insuffisance en un point du corps de chaussée ou du sol support ;
stabilité insuffisante du revêtement.
Niveau de sévérité
Faible : Dénivellation dont la profondeur est inférieure à 𝑚𝑚 sous la règle de 𝑚. La sécurité n’est pas compromise { la vitesse de référence, et l’effet sur le confort au roulement est négligeable.
Moyen : Dénivellation dont la profondeur se situe entre et 𝑚𝑚 sous la règle de 𝑚. À la vitesse de référence, la sécurité est peu compromise et le confort au roulement est modérément diminué.
Majeur : Dénivellation dont la profondeur est supérieure à 𝑚𝑚 sous la règle de 𝑚. À la vitesse de référence, la sécurité est compromise et le confort au roulement est fortement diminué.
Evolutions possibles
formation de bourrelets ;
faïençage ;
rupture de la chaussée en saison des pluies.
Traitement
Les principales solutions préconisées sont:
le déflachage (pour les affaissements de moins de 𝑐𝑚) ;
la réfection localisée du corps de chaussée (pour les affaissements de plus de 𝑐𝑚) ;
réalisation d’un tapis en enrobé drainant ou d’un enduit superficiel ;
amélioration du système de drainage.
2.1.2 Les orniérages
Ce sont des dépressions longitudinales apparaissant dans les pistes de roues des véhicules et pouvant affecter, soit la couche de roulement (orniérage à petit rayon), soit le corps de chaussée (orniérage à grand rayon).
Présenté par TONFFOUSSIE A. Stéphane 21
Photo 2.2:Mise en exergue d'ornière sur l'axe Parakou-Béroubouay PK 107+800
Causes probables :
enrobé à stabilité réduite par temps chaud ;
compactage insuffisant de l’enrobé lors de la mise en place ;
vieillissement (accumulation des déformations permanentes) ;
le tassement des couches inférieures de la chaussée ;
la fatigue des matériaux des couches inférieures de la chaussée ;
le trafic.
Niveau de sévérité
Faible : Profondeur de l’ornière inférieure { 𝑚𝑚.
Moyen : Profondeur de l’ornière de à 𝑚𝑚.
Majeur : Profondeur de l’ornière supérieure { 𝑚𝑚.
Evolutions possibles
formation de bourrelets, de fissures et faïençage par infiltration d’eau ;
ressuage.
Traitement
Les principales techniques d'entretien sont le reprofilage dans les ornières avec des matériaux bitumineux pour orniérage de profondeur inférieure à 𝑐𝑚 et le rechargement pour orniérage dont la profondeur est supérieure à 𝑐𝑚. On peut également recourir au déflachage ou à la réfection localisée avec enrobé à froid pour la réparation des ornières.
Présenté par TONFFOUSSIE A. Stéphane 22 2.1.3 Les bourrelets
Ce sont des déplacements horizontaux du revêtement, créant un renflement allongé de la surface de la chaussée dans la direction du trafic. Ils sont généralement accompagnés d'ornières.
Photo 2.3:Mise en exergue de bourrelets au PK 105
Causes probables :
tassement des couches inférieures de la chaussée ;
la fatigue de la chaussée ;
défaut de compactage à la construction ;
l’absence ou l’insuffisance de la liaison entre le revêtement bitumineux et la couche sous adjacente.
Evolutions possibles
L'évolution des bourrelets est identique à celle des ornières, avec les affaissements. Mais on peut noter une extrusion de matériaux sous l'effet de la déformation.
Traitement
Les solutions préconisées sont: le déflachage pour les bourrelets de faibles hauteurs et la réfection localisée dans le cas contraire.
2.1.4 La tôle ondulée
C’est une suite d’ondulations de faible longueur d’onde et perpendiculaire { l’axe de la chaussée.
Présenté par TONFFOUSSIE A. Stéphane 23
Causes probables :
défauts de profilage de la couche de base ;
action mécanique due au trafic ;
manque de stabilité des enrobés (enrobés trop épais).
Evolutions possibles
Les fissures, le faïençage et les arrachements sont les désordres qui peuvent survenir de l’évolution de la tôle ondulée.
Traitement
La reprise de la couche de surface par la réalisation d’un enduit superficiel ou d’un tapis en enrobé et éventuellement le reprofilage de la couche de base, suffisent généralement pour venir à bout de la tôle ondulée.
2.2 La famille des fissurations
Les fissurations sont des rupture de revêtement de degré plus ou moins important de la route qui affectent la couche de roulement et même tout ou partie du corps de chaussée. On distinguera les fissures longitudinales, les fissures transversales et le faïençage.
2.2.1 Les fissures longitudinales et transversales
Ruptures du revêtement relativement parallèle à la direction de la route dans le cas des fissures longitudinales, ou perpendiculaires à la direction de la route dans le cas des fissures transversales ; intéressant toute ou une partie de la chaussée.
Photo 2.4:Mise en exergue des fissures au PK 64
Présenté par TONFFOUSSIE A. Stéphane 24
Causes probables :
le retrait thermique ;
vieillissement et fragilisation par fatigue du revêtement ;
Joint de construction mal exécuté (arrêt et reprise des travaux de pose d’enrobé) ;
mauvaise qualité des matériaux, notamment les bitumes trop durs.
Niveau de sévérité
Faible : Fissures simples et intermittentes dont les ouvertures sont inférieures à 𝑚𝑚. Les bords sont en général francs et bien définis.
Moyen : Fissures simples ou fissures multiples le long d’une fissure érodés. Le confort au roulement est diminué par les déformations de surface.
Evolutions possibles
Les fissures transversales apparaissent soit directement en pleine largeur, soit au droit du passage des roues des véhicules pour s'étendre sur la totalité du profil en travers. Leur largeur, de même que leur profondeur peuvent par conséquent augmenter avec le temps. D'abord fines, ces fissures peuvent se ramifier avec épaufrement des lèvres et évoluer vers le faïençage.
Les fissures longitudinales quant à elles, évoluent vers une épaufrure des bords de fissure favorisant la pénétration de l'eau, une ramification puis un dédoublement de la fissure avec ouverture des lèvres liée au départ de matériaux en bord de fissure.
L'évolution aboutit à un faïençage à mailles fines, à un orniérage et des nids de poules lorsque les fissures sont dues à une résistance insuffisante des matériaux d'assise.
En résumé, les fissures évoluent vers un faïençage et si aucune mesure de réparation n’est prise, cela conduit { une destruction localisée ou générale de la chaussée.
Traitement
le colmatage des fissures (pour les fissures superficielles) ;
l’imperméabilisation localisée du revêtement ;
la réfection localisée si le corps de chaussée est atteint ;
la réalisation d’un tapis en enrobés ou enduits superficiels.
Présenté par TONFFOUSSIE A. Stéphane 25 D’autres solutions peuvent être employées notamment celles relatives aux techniques anti-remontées des fissures. Il s’agit de :
interposition d’un enrobé fin ;
interposition d’un géotextile ;
interposition d’une membrane.
2.2.2 Le faïençage
Réseaux maillés de fissures plus ou moins larges au niveau de la surface de roulement. Les mailles peuvent apparaitre sous forme circulaire ou polygonale communément appelée «peau de crocodile».
Photo 2.5:Mise en exergue du faïençage au PK 12
Causes probables :
fatigue excessive du revêtement ;
sous dimensionnement du corps de chaussée ;
mauvaise liaison entre la couche de roulement et la couche de base au cours de la mise en œuvre ;
mauvaise qualité de la structure ou d’une des couches de la chaussée.
Evolutions possibles
Si aucune opération d'entretien n'est effectuée, les zones faïencées s’étendent et les mailles deviennent plus serrées. Le faïençage évolue alors vers un départ de matériaux entrainant la formation de pelades ou encore de nids de poule. Une destruction localisée ou généralisée de la chaussée peut survenir à terme.
Présenté par TONFFOUSSIE A. Stéphane 26
Traitement
Dans le cas où le corps de chaussée n'est pas affecté, les solutions préconisées sont la réalisation d'un enduit superficiel ou d’un tapis en enrobés; ce qui permettra de rétablir l'imperméabilité de la couche de surface.
On peut aussi enlever toute la couche de roulement et procéder { la mise en œuvre d'une couche d'enrobé à chaud (après couche d'accrochage).
En revanche, dans le cas où l’assise de la chaussée est affectée, il faut procéder { une reprise en profondeur de la partie concernée.
2.3 La famille des arrachements
Les arrachements sont des phénomènes de séparation cruelle issus de la rupture d'adhésion entre éléments ou parties de la route suivie généralement de leur disparition. Ce type de dégradations n'affecte que la couche de roulement au début de son apparition mais peut s'aggraver en affectant les couches sous-jacentes au revêtement. On distingue les désordres suivants : le désenrobage, le plumage, le peignage, la pelade, les nids de poule et les épaufrures.
2.3.1 Le désenrobage, le plumage et peignage
Il s'agit de trois phénomènes extrêmement liés pour être traités séparément. Le désenrobage une érosion du mastic et perte des gros granulats en surface produisant par conséquent une détérioration progressive du revêtement. Sous l’action conjuguée du climat et du trafic, on assiste à un arrachement des gravillons du revêtement rendant ainsi la surface de roulement rugueuse : c'est le plumage. Quant au peignage, il s'agit aussi d'un arrachement des gravillons du revêtement mais cet arrachement s’effectue suivant des lignes parallèles à l'axe de la chaussée.
Photo 2.6:Mise en exergue du désenrobage et du plumage
Présenté par TONFFOUSSIE A. Stéphane 27
Causes probables :
sous-dosage du bitume ;
mauvaise adhésivité liant-granulat ;
vieillissement du liant ;
compactage insuffisant de la couche de roulement ;
usure du revêtement par trafic intense ;
ouverture précoce à la circulation du chantier.
Niveau de sévérité
Faible : Perte tout juste observable du mastic ou des gros granulats, principalement dans les pistes de roues.
Moyen : Perte facilement observable du mastic laissant les gros granulats très apparents ou perte des gros granulats laissant un patron régulier de petites cavités généralisées à toute la surface.
Majeur : Surface entièrement érodée et dégradation accentuée dans les pistes de roues (début d’orniérage par usure).
Evolutions possibles
Si aucune opération d'entretien n'est effectuée, le désenrobage évolue et on assiste alors à un arrachement des gravillons et une ruine du revêtement. Le plumage et le peignage évoluent et on note une apparition des nids de poule.
Traitement
La solution préconisée est la méthode dite des emplois partiels. Elle permet de traiter aussi bien les plumages que les peignages. Elle consiste, après délimitation et balayage de la zone à traiter, à deux options au choix :
l'imperméabilisation qui est réalisée avec une émulsion à froid ou du bitume fluidifié à chaud après avoir appliqué une couche d'accrochage.
l'imperméabilisation qui est réalisée avec une émulsion à froid ou du bitume fluidifié à chaud après avoir appliqué une couche d'accrochage.