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Examen du rendement sur quatre ans des systèmes de membranes renforcées aux fibres

en Amérique du Nord et à l’échelle internationale

Jean-Martin Croteau, ing. Works Alberta Ltd. Edmonton, Alberta

François Chaignon

Colas Inc. Morristown, New Jersey

Martin Thompson

Midland Asphalt Materials Inc. Tonawanda, New York

EXAMEN DU RENDEMENT DES SYSTÈMES DE MEMBRANES RENFORCÉES AUX FIBRES

CROTEAU, CHAIGNON & THOMPSON

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RÉSUMÉ Les systèmes de membranes renforcées aux fibres utilisés comme système de surfaçage mince ou en combinaison avec d’autres systèmes de surfaçage mince traditionnels traitent spécifiquement et quantitativement la fissuration réflective. Ces systèmes ont été développés au Royaume-Uni à la fin des années 1980 et sont maintenant utilisés dans plusieurs pays à travers le monde comme membrane absorbant les contraintes (SAM) ou comme intercouche de membrane absorbant les contraintes (SAMI) pour freiner la fissuration ou pour diminuer la fissuration réflective. Les premiers essais routiers aux États-Unis ont eu lieu à l’automne 2003 près des chutes Niagara dans l’État de New York alors que les premiers essais routiers canadiens ont eu lieu à l’été 2005 dans la région de York au nord de Toronto en Ontario. Cet exposé présente une vue générale de la technologie des membranes renforcées aux fibres incluant une discussion sur l’état courant de la pratique en Amérique du Nord en ce qui concerne le design, l’équipement et les procédures de construction. Le rendement et l’efficacité de ce type de traitement ont été étudiés dans plusieurs pays, notamment à l’université de Nottingham au R.-U., au Laboratoire régional des Ponts et Chaussées d’Autun en France et, plus récemment, à l’Université Penn State aux É.-U. Les résultats des études européennes aussi bien que les recherches courantes en Amérique du Nord sont présentés en détail dans le présent exposé.



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1.0 INTRODUCTION

En Amérique du Nord, la structure de chaussée la plus courante se compose de couches de base granulaires non liées recouvertes d’un système de surfaçage bitumineux, qui peut être formé d’une ou de plusieurs couches de béton bitumineux à chaud (BBC) ou d’un système d’enrobage par scellement au coulis bitumineux, comme un enduit superficiel ou un matériau d’étanchéité granulé classifié. Il existe également un grand nombre de revêtements en béton, notamment sur les voies à grand trafic. À la fin de leur durée de vie utile, les deux types de revêtements démontrent des désordres causés par des fissures, soit de la fatigue, du craquage thermique et du craquage lié au vieillissement dans le cas des revêtements bitumineux ainsi que la formation de failles et un craquage en milieu de dalle en ce qui a trait aux revêtements de béton. Ces mécanismes de fissuration sont attribués au volume de trafic, à la température et à l’oxydation du liant dans le cas de revêtements bitumineux. Après l’application d’un resurfaçage sur un revêtement existant (flexible ou rigide), la détérioration physique du resurfaçage se produit par suite d’un mouvement au niveau des joints et de la reproduction des fissures dans les couches de revêtement sous-jacentes. Ce phénomène porte le nom de fissuration réflective; il survient avec presque tous les types de resurfaçage. Afin d’assurer un feuilletage adéquat du resurfaçage de BBC sur une surface asphaltée existante, il est courant d’appliquer un revêtement d’accrochage/d’adhésivité au niveau de l’interface. Tandis que le feuilletage des couches est nécessaire à la résistance structurale du revêtement, le collage du resurfaçage avec le revêtement de la sous-couche fissurée sous-jacente produit une tension dans le joint/la fissure du resurfaçage, qui, par la suite, excédera la tolérance à la tension du matériau de resurfaçage. Les mouvements horizontaux provoqués par la température qui sont concentrés aux joints/fissures sous-jacents dans le revêtement existant entraînent des contraintes de tension, qui contribuent grandement à la fissuration réflective. Par ailleurs, les mouvements verticaux provoqués par le volume de trafic causent des contraintes de cisaillement dans le resurfaçage, ce qui favorise également la reproduction vers le haut de la fissure. Cet exposé présente une vue générale de la technologie des membranes renforcées aux fibres incluant une discussion sur l’état courant de la pratique et du rendement en Amérique du Nord. Il décrit également le rendement des systèmes renforcés aux fibres quand ils sont utilisés comme intercouche pour prolonger la durée de vie du resurfaçage par comparaison avec une absence de traitement. Finalement, les résultats des études techniques et des examens du rendement sur le terrain qui ont été entrepris sur les systèmes de membranes renforcées aux fibres en Amérique du Nord et ailleurs dans le monde sont abordés. 2.0 FISSURATION RÉFLECTIVE

Les programmes d’entretien préventif du revêtement efficaces englobent un éventail complet de techniques dans le but d’améliorer le rendement du revêtement d’une façon rentable et éprouvée. Malheureusement, la fissuration réflective, au-delà de toute autre forme de détérioration du revêtement, est toujours l’un des problèmes liés au revêtement les plus difficiles à corriger. Les traitements d’entretien préventif traditionnels, comme l’enduit superficiel habituel, l’enrobé coulé à froid et le BBC mince, suffisent pour corriger des défauts de surface tels que le déchaussement, l’oxydation en surface, l’orniérage mineur et une friction faible avec le revêtement, mais ne conviennent pas pour atténuer la fissuration réflective. De plus, les techniques d’entretien traditionnelles sont souvent perçues comme étant uniquement des « solutions rapides » puisque leur durée de vie utile dépend fortement des conditions de fissuration du revêtement sous-jacent. Les membranes renforcées aux fibres, que ce soit comme couche de surface bitumineuse ou comme intercouche, présentent une résistance élevée au cisaillement et à la traction en plus d’une ductilité importante et peuvent servir de couches de protection contre les fissures quand



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elles sont appliquées sur ou entre la vieille surface et la surface neuve. La propagation des fissures à travers des systèmes de membranes renforcées aux fibres demande davantage d’énergie et une plus grande concentration de contrainte, ce qui finalement retarde la formation de fissures réflectives. La ductilité d’une membrane utilisée comme intercouche permet à la membrane d’absorber une partie de l’énergie de déformation produite au bas du resurfaçage neuf puisque les charges par roue sont appliquées de façon cyclique sur le dessus du revêtement comme le montre la Figure 1.

Figure 1. Mécanisme de fissuration réflective type (à gauche) et effet de l’intercouche de protection contre les fissures

La fissuration survient également à travers les revêtements de béton en raison des températures basses et/ou du cycle des températures, surtout dans les États et les provinces de l’Amérique du Nord plus au nord. Une fissuration qui se produit quand il fait froid s’appelle fissuration à basse température, tandis qu’une fissuration causée par des changements dans le cycle thermique est désignée sous le nom de fissuration par fatigue thermique. Les deux formes peuvent se prolonger à travers un resurfaçage d’asphalte neuf ou un traitement bitumineux de surface sous la forme de fissures réflectives. Ces fissures de nature thermique permettent l’infiltration d’eau dans les couches inférieures et, par le fait même, une détérioration de ces couches par les cycles de gel et de dégel et/ou par le gel et l’expansion de la glace aux points de convergence, qui peuvent produire une force ascendante sur le resurfaçage du revêtement. Cette fatigue causée par le trafic ou les variations thermiques entraîne une diminution de la durée de vie du revêtement et une réduction de la qualité de roulement pour l’utilisateur final. 3.0 PROCESSUS DE MEMBRANES RENFORCÉES AUX FIBRES

3.1 Aperçu Le processus de membranes renforcées aux fibres produit une couche de renforcement imprégnée de fibres qui imperméabilise le revêtement et permet d’atténuer certaines des contraintes générées à l’intérieur du revêtement. L’installation des membranes est presque identique à celle de l’enduit superficiel traditionnel. Les membranes peuvent être utilisées comme système de surfaçage avec enduit superficiel renforcé aux fibres ou comme système d’intercouche renforcé aux fibres combiné à un autre système de surfaçage mince. Ces systèmes ont été développés au Royaume-Uni à la fin des années 1980 et sont maintenant utilisés dans plusieurs pays à travers le monde comme membrane absorbant les contraintes (SAM) ou comme intercouche de membrane absorbant les contraintes (SAMI). Les premiers essais routiers aux États-Unis ont eu lieu à l’automne 2003 près des chutes Niagara dans l’État de New York alors que les premiers essais canadiens ont eu lieu à l’été 2005 dans la région de York au nord de Toronto en Ontario.



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3.2 Équipement et mise en place L’installation d’une membrane renforcée aux fibres est effectuée avec un applicateur particulier servant à la mise en place du liant et des fibres ainsi qu’avec l’équipement utilisé habituellement pour le coulage de l’enduit superficiel. L’applicateur du liant et des fibres est fixé sur une remorque (Figure 2), qui est aussi utilisée pour stocker des colonnes de bobines de fibres. Avant la distribution des fibres, une couche de liant est appliquée avec un dispositif traditionnel de rampe de pulvérisation à jet fendu. Des brins de fibre de verre sont ensuite pris et chargés pneumatiquement par des canalisations dans le système de distribution des fibres. Le système de distribution des fibres comprend une unité de coupage des fibres et une chambre qui permet une distribution aléatoire des fibres avec un système de soufflage à l’air. Une deuxième rampe de pulvérisation dotée d’un distributeur à jet fendu suit le système de distribution des fibres pour appliquer une deuxième couche de liant de manière à encapsuler les fibres et à terminer la composante de la membrane. Des gravillons sont ensuite étendus sur la membrane renforcée aux fibres et enveloppés dans le liant pour former le système de surfaçage renforcé aux fibres ou le système d’intercouche.

Figure 2. Processus de mise en place d’une membrane renforcée aux fibres La remorque décrite précédemment contient suffisamment de fibres pour l’application de 38 000 à 64 000 m2 de membrane renforcée aux fibres avant d’avoir besoin d’être rechargée. Le taux de production quotidienne peut atteindre 85 000 m2. La largeur de l’application peut varier de 0,3 à 4,0 m, ce qui donne, dans la plupart des cas, une voie complète sur n’importe quelle voie d’accès nord-américaine typique. Les rampes de pulvérisation et le système de distribution de fibres se plient à la verticale au milieu, ce qui facilite l’accès et le transport (Photo 1). Conformément à ce qui a été noté précédemment, le processus de mise en place de la membrane renforcée aux fibres est presque identique à celui de l’enduit superficiel (Photo 2). Par conséquent, les frais supplémentaires rattachés à l’encapsulation des fibres restent bas. Le coût total du système de renforcement aux fibres est extrêmement compétitif comparativement à d’autres types de traitement visant l’atténuation des fissures réflectives. Finalement, après l’application des gravillons sur la membrane, la surface peut être ouverte à la circulation avant la mise en place du resurfaçage; le processus est donc pratique.



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3.3 Systèmes de membranes renforcées aux fibres Les systèmes de membranes renforcées aux fibres peuvent être utilisés comme traitement de surfaçage bitumineux mince analogue à des systèmes d’enduit superficiel (SAM) ou d’intercouche (SAMI). Les systèmes de membranes se composent d’émulsions de bitume modifiées par des polymères appliquées à des taux totaux de 1,4 l/m2 à 2,4 l/m2 et de fibre de verre coupée à une longueur nominale de 60 mm appliquée à des taux de 30 à 120 g/m2, mais, de façon générale, à 60 g/m2. Ce mélange de fibres et d’émulsions scelle le revêtement en surface, comme le montre la Photo 3, de telle sorte que les fissures sont remplies efficacement avec des fibres et un liant bitumineux résiduel modifié par des polymères.

Photo 1. Unité de rampe de pulvérisation/de mise en place des fibres pliable

Photo 2. Mise en place de la membrane renforcée aux fibres, dont l’application de gravillons



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Photo 3. Mélange d’émulsions et de fibres Les systèmes de membranes renforcées aux fibres donnent des revêtements dotés d’une couche imperméable protégeant la structure de chaussée et offrant une résistance à la traction accrue, ce qui atténue les contraintes. L’installation d’une membrane renforcée aux fibres se fait rapidement, et les systèmes sont économiques par rapport à d’autres types de SAM ou de SAMI. De plus, la présence d’une telle couche à l’intérieur de la structure de chaussée n’empêche pas le recyclage du revêtement par la suite. L’efficacité de tout type de système, SAM ou SAMI, est assurée si le système de membrane se lie à la sous-couche existante et sert d’ancrage adhésif pour la ou les couches subséquentes dans le cas du SAMI. Le liant appliqué à la sous-couche existante avec la première rampe du système à rampe de pulvérisation double garantit l’adhésion de la membrane renforcée aux fibres à la sous-couche, tandis que le liant appliqué avec la deuxième pulvérisation sert d’ancrage adhésif pour le matériau de surfaçage du resurfaçage. Les deux couches de liant se fusionnent de manière à encapsuler les fibres et, par conséquent, à éviter un plan de décollement possible à l’intérieur de la couche de fibres. Une couche d’accrochage mince supplémentaire peut être appliquée sur les gravillons qui protègent la membrane quand la couverture de gravillons dépasse 90 pour cent et qu’un resurfaçage doit être appliqué par la suite. Le liant est appliqué sous la forme d’une émulsion avec un système de rampe de pulvérisation conçu pour offrir une couverture complète et uniforme de la surface de la sous-couche. Le taux de liant résiduel de la membrane dépasse 1,0 kg/m2, ce qui est suffisant dans la plupart des cas pour assurer l’imperméabilité du revêtement. Les systèmes de membranes utilisés comme SAM ou SAMI sont précisément conçus pour absorber certaines des contraintes de traction générées dans le revêtement. Aucun système offert sur le marché n’absorbe toutes les contraintes de traction dans le revêtement. Les systèmes SAM et SAMI atténuent les concentrations de contraintes de traction, qui mènent ultimement à une fissuration du revêtement. En raison de la fibre de verre insérée entre les deux rampes de pulvérisation de liant, on augmente la résistance à la traction et la capacité du revêtement de résister à certaines des contraintes de traction. L’application d’un système de membranes renforcées aux fibres est très simple. Les systèmes renforcés aux fibres sont fabriqués sur place et appliqués de manière à former une membrane



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uniforme qui adopte totalement la forme sous-jacente de la sous-couche, sans plis ni zones déchirées ou fendues. La préparation de la surface est minime, et il est possible d’appliquer chaque jour le système sur des aires de plus de 50 000 m2, ce qui est extrêmement rapide par comparaison à d’autres systèmes SAM ou SAMI. Au niveau de l’ingénierie, le recyclage du revêtement est un élément clé dont il faut tenir compte dans l’évaluation de toute technologie d’asphaltage. L’expérience a démontré que les brins de fibre de verre coupés à l’intérieur de systèmes de membranes renforcées aux fibres ne se comportent pas comme un textile de type continu, ce qui gêne considérablement les activités de fraisage. Par conséquent, les matériaux de revêtement et de BBC qui contiennent des fibres peuvent être retransformés et réutilisés dans le cadre de n’importe quel processus de recyclage de revêtement; la valeur résiduelle du matériau de revêtement n’est donc pas réduite, mais peut-être même accrue par sa contribution à l’intérieur de la couche recyclée. 4.0 EXAMEN DU RENDEMENT

L’avantage d’utiliser la membrane renforcée aux fibres comme système de surfaçage ou système d’intercouche n’a pas seulement été démontré sur le terrain, mais également dans le cadre de plusieurs études techniques internationales et nord-américaines. Un bref résumé des conclusions de chaque étude est donné dans la présente section. 4.1 Études et examen du rendement sur le terrain réalisés récemment en Amérique du Nord L’arrivée du processus de membrane renforcée aux fibres en Amérique du Nord a rapidement capté (et continue de capter) l’intérêt d’ingénieurs routiers. La nécessité de quantifier les avantages et le rendement est devenue importante. Un examen du rendement sur le terrain comparant un système d’enduit superficiel renforcé aux fibres et un système d’enduit superficiel traditionnel a été entrepris en 2003. De plus, deux études nord-américaines d’importance ont été lancées en 2005 : l’une par le Texas Transportation Institute et l’autre par le Pennsylvania Transportation Institute. Les résultats de ces deux études sont disponibles et sont désormais résumés. 4.1.1 Groad Road, Ville de Murray, Orleans County, New York Groad Road a été l’un des premiers projets de système de surfaçage renforcé aux fibres en Amérique du Nord. Le projet s’est terminé à l’automne 2003; il s’agissait de l’installation d’un système d’enduit superficiel à émulsion traditionnel sur une voie et de l’installation d’un système de surfaçage à enduit superficiel renforcé aux fibres dans l’autre voie. Les Photos 4, 5 et 6 donnent un aperçu en parallèle du rendement des deux traitements sur une période de trois ans. La route a fait l’objet d’importantes opérations de déneigement. Après les six premiers mois (mars 2004), des fissures réflectives longitudinales ont commencé à réapparaître du côté de l’enduit superficiel ordinaire; il n’y avait aucune fissure du côté de la membrane renforcée aux fibres (Photo 4) alors que des fissures étaient initialement présentes des deux côtés. En janvier 2005 (Photo 5), une fissure réflective longitudinale et des dommages causés par les chasse-neige étaient évidents du côté de l’enduit superficiel, tandis que le côté renforcé aux fibres était toujours en très bon état. En janvier 2006 (Photo 6), on a constaté d’autres preuves de dommages causés par des chasse-neige ainsi qu’un pompage d’eau provenant des couches inférieures du côté de l’enduit superficiel tandis que seuls des dommages minimes ont commencé à apparaître du côté de la membrane renforcée aux fibres; pendant tout ce temps, la membrane est demeurée intacte.



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Photo 3. Groad Road, Ville de Murray, Orleans County, New York, mars 2004

Photo 4. Groad Road, Ville de Murray, Orleans County, New York, janvier 2005



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Photo 5. Groad Road, Ville de Murray, Orleans County, New York, janvier 2006 4.1.2 Étude du Texas Transportation Institute Le but de l’étude du Texas Transportation Institute (TTI) était d’évaluer la mécanique des fissures réflectives et des fractures d’une structure de chaussée qui comprend un système d’intercouche doté d’une membrane renforcée aux fibres. L’étude a commencé par des essais en laboratoire visant à créer un modèle « vivant » de fissure qui devaient être suivis d’une possible étude sur le terrain pour valider les conclusions tirées en laboratoire. Les essais en laboratoire ont été réalisés à l’aide d’un appareil qui reproduit, en milieu contrôlé, le mécanisme de fissure thermique sur le terrain. L’appareil produit un « numéro de fissure », qui peut être comparé à d’autres systèmes d’intercouche. L’appareil utilisé pour les essais a été élaboré au début des années 1980; il est désigné sous le nom « appareil de vérification du resurfaçage » (overlay tester). L’appareil produit un déplacement cyclique contrôlé dans le bas d’un resurfaçage type, comme le montre la Figure 3, pour d’abord créer une fissure à la base de l’échantillon d’essai puis continue de générer des déplacements horizontaux répétitifs, ce qui cause le prolongement de la fissure vers le haut à travers l’échantillon. Ce processus vise à simuler les contraintes de traction cycliques des revêtements causées par des variations thermiques cycliques. Au départ, le modèle à éléments finis sur la fissuration du TTI n’assumait que la fissuration réflective s’étend à la verticale directement au-dessus de la fissure. Cependant, ce n’est pas ce qui a été observé à ce jour; d’autres travaux sur ce sujet sont en cours. Les résultats obtenus jusqu’à maintenant donnent à penser que la propagation de la fissure est davantage retardée, comme les cycles à rupture, par au moins trois fois, quand le système d’intercouche doté d’une membrane renforcée aux fibres est utilisé. Cette méthode a également suggéré une migration des fissures à l’horizontale à travers le plan de la membrane puis une migration à la verticale.



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Figure 3. Appareil de vérification du resurfaçage du Texas Transportation Institute 4.1.3 Étude du Pennsylvania Transportation Institute Le Pennsylvania Transportation Institute a aussi réalisé une étude d’évaluation des systèmes d’intercouche et de surfaçage dotés de membranes renforcées aux fibres pour le Pennsylvania Department of Transportation, Bureau of Municipal Services. L’étude a fait la comparaison de systèmes avec et sans fibres sur des veines d’essai de la piste d’essai du Pennsylvania Transportation Institute et a réalisé des essais en laboratoire des matières constitutives de l’intercouche. Le processus d’évaluation englobait les tâches suivantes : • des essais à l’aide d’un rhéomètre à faisceau recourbé (Bending Beam Rheometer - BBR) sur le liant résiduel avec et sans fibres; • une surveillance continue du rendement des veines d’essai sur la piste d’essai; • des essais accélérés sur le revêtement des veines d’essai avec un appareil Mobile Model Load Simulator Scale 3; • l’analyse des modules de surface avec un appareil d’analyse de la propriété sismique portatif. La raideur et la force du système de liant/fibres à basse température sont des indicateurs de l’efficacité de la membrane pour ce qui est de réduire la fissuration réflective. L’essai BBR a été sélectionné puisqu’il permet de caractériser le liant résiduel avec fibres et sans fibres à basse température. L’essai BBR a fourni une évaluation comparative de l’efficacité de la membrane pour ce qui est de réduire la fissuration réflective avec et sans fibres. La déflexion de l’échantillon avec fibres a été réduite, tandis que la raideur du système de liant/fibres a été accrue par comparaison au liant sans fibres. De plus, les résultats de l’essai BBR donnent à penser que le liant avec fibres offre une élasticité accrue par comparaison avec le liant sans fibres. Des veines d’essai de resurfaçage avec et sans le système d’intercouche renforcé aux fibres sont évaluées sur la piste d’essai du Pennsylvania Transportation Institute. Une vérification exhaustive des désordres de la sous-couche existante a été réalisée avant la mise en place du resurfaçage. Tant la veine du système d’intercouche renforcé aux fibres que la veine témoin ont fait l’objet d’une surveillance de juin 2005 à décembre 2006. À la fin de 2006, il n’y avait aucune fissure visible à la surface des deux veines. Cependant, des travaux de carottage effectués en novembre 2006 sur le dessus de fissures déjà présentes ont démontré clairement une propagation des fissures vers le haut dans le resurfaçage de la veine témoin (Photo 7), tandis qu’aucune propagation n’était visible dans la carotte extraite de la veine du système d’intercouche renforcé aux fibres (Photo 8).



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Photo 7. Propagation de la fissure vers le haut dans la veine d’essai

Photo 8. Atténuation de la fissure dans la veine du système d’intercouche renforcé aux fibres



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Un million de cycles ont été appliqués sur deux zones de la veine du système d’intercouche renforcé aux fibres où l’on savait qu’une large fissure était présente dans la sous-couche sous-jacente. Les essais accélérés sur le revêtement ont été effectués à l’aide d’un appareil Mobile Model Load Simulator Scale 3 (MMLS3). Aucune fissure visible n’a été observée sous la piste de roues MMLS3 pour les deux zones testées (Photos 9a et 9b).

a. – Avant les essais b. – Après les essais

Photo 9. Essais accélérés avec l’appareil Mobile Model Load Simulator Scale 3 (MMLS3)

Les modules de surface du resurfaçage ont aussi été évalués avec un appareil d’analyse de la propriété sismique portatif (PSPA) dans la veine renforcée aux fibres et dans la veine témoin où des fissures de la sous-couche existaient déjà. Les modules ont été mesurés à –7 et à 7 ºC. Les résultats à -7 ºC laissent entendre que, aux endroits où des fissures existaient déjà, le module de la veine témoin est plus élevé que celui du système d’intercouche renforcé aux fibres. Les modules plus élevés de la veine témoin proviennent des modules élevés de la glace enfermée dans la fissure réflective dans la portion supérieure de 50 mm (2 po) de la veine témoin, ce qui suppose qu’il y a davantage de vides ou que la fissure réflective est davantage évidente. En comparant les veines fissurées et non fissurées, il est ressorti que les deux veines fissurées étaient plus élevées que les veines sans fissures en raison du module élevé de la glace. Pour les températures plus élevées (+ 7 ºC sur le dessus de la fissure préexistante), la veine du système d’intercouche renforcé aux fibres présente un module plus élevé que la veine témoin puisqu’il n’y a pas de fissure réflective. En ce qui a trait à la veine au-dessus de la portion sans fissures, la veine du système d’intercouche renforcé aux fibres a un module plus bas en raison de l’inclusion de l’intercouche d’enduit superficiel, qui présente un module inférieur à celui d’un resurfaçage de BBC ordinaire. Cette situation fait en sorte que la veine traitée est moins raide et plus ductile. Si l’on compare des veines qui présentent des fissures à des veines non fissurées, les mêmes observations sont formulées que pour les températures plus basses. 4.2 Études internationales Le processus de membrane renforcée aux fibres a aussi été évalué dans d’autres pays, dont le Royaume-Uni qui a réalisé sa première étude en 1987, la France, en 1991, l’Irlande, en 1993, et l’Australie, au milieu des années 1990. Les résultats sont résumés ci-après. 4.2.1 Étude de l’University of Nottingham (Royaume-Uni, 1987) En 1987, l’University of Nottingham au R.-U. a réalisé une étude se penchant sur plusieurs systèmes d’intercouche renforcés aux fibres. La méthode d’essai utilisée avait été conçue pour simuler la situation réelle qui survient dans la pratique quand une sous-couche fissurée fait l’objet d’un resurfaçage. L’étude a fait ressortir que toutes les intercouches renforcées aux fibres font



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fonction de membrane qui atténue les tensions entre la sous-couche fissurée et le BBC de resurfaçage. De plus, l’étude a révélé que la concentration de contraintes dans le resurfaçage ne se trouve pas directement au-dessus de la fissure de la sous-couche (Figure 4a), comme on le constate avec un resurfaçage sans système d’intercouche renforcé aux fibres (Figure 4b). Dans la zone où se trouve l’espace dans la sous-couche, l’intercouche répartit les mouvements transitoires sur une zone plus grande de la face inférieure du BBC de resurfaçage, ce qui atténue l’ampleur de la contrainte. Ce phénomène entraîne habituellement une série de microfissures isolées, moins dommageables que l’apparition de quelques fissures larges, qui peuvent être traitées plus facilement à l’aide de traitements économiques, comme un enduit très léger et un scellement au sable.

Figure 4. Mécanisme de fissuration du resurfaçage avec et sans renforcement aux fibres 4.2.2 Étude du Laboratoire régional des Ponts et Chaussées d’Autun (France, 1991) En 1991, le Laboratoire régional des Ponts et Chaussées d’Autun, en France, a réalisé une étude visant à comparer divers systèmes d’intercouche, soit des systèmes renforcés aux fibres et des systèmes renforcés par une grille géotextile. Des essais ont aussi été effectués avec des échantillons témoins non renforcés utilisant un système de BBC/mélange de sable riche en liant et un BBC traditionnel pour évaluer l’efficacité du renforcement. Chaque échantillon a été assujetti à deux types de contrainte à des températures constantes : la traction, pour simuler la contraction thermique, et la flexion verticale cyclique, pour simuler la circulation. L’étude a démontré que le renforcement aux fibres et le renforcement avec une grille géotextile sont tous deux très efficaces pour atténuer la fissuration réflective par comparaison avec l’échantillon témoin et même avec un système de BBC/mélange de sable riche en liant. L’échantillon renforcé aux fibres a pris environ 50 pour cent plus de temps pour se fissurer que le système de BBC/mélange de sable et 150 pour cent plus de temps que le BBC traditionnel sans aucun système d’atténuation des fissures. Parmi tous les systèmes étudiés, on a remarqué que le système d’intercouche renforcé aux fibres était le seul échantillon à ne pas se fissurer complètement à la fin de l’essai.



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4.2.3 Étude de l’University of Ulster (Irlande, 1993) En 1993, l’Ulster University, en Irlande, a étudié le système de façon plus détaillée. Trois méthodes d’essai principales ont été choisies pour examiner le rendement d’un système d’intercouche renforcé aux fibres pour ce qui est de retarder la fissuration réflective : la contrainte de rupture, la fatigue et les traces de roues. L’étude a examiné l’effet de l’émulsion et de la couverture, la longueur de la fibre de verre et la vitesse d’étalement de la fibre de verre. La contrainte de rupture a été vérifiée avec un montage d’essai Instron. À ce moment, la combinaison d’une émulsion K1-70 (équivalent CRS-2) avec 60 g/m2 d’une longueur de fibre de 60 mm s’est avérée la plus efficace; elle présentait une contrainte de rupture de 0,77 N/mm2 par comparaison avec 0,57 N/mm2 pour l’échantillon témoin (BBC sans intercouche renforcée aux fibres). L’essai de fatigue a été mené avec un appareil de vérification Dartec comprenant un système de chargement en trois points. Une fois de plus, la combinaison d’une émulsion K1-70 (équivalent CRS-2) avec 60 g/m2 d’une longueur de fibre de 60 mm a donné à la membrane la plus longue durée de fonctionnement sans défaillance. Le nombre de cycles était de 3 300 avant fissuration et de 6 300 avant défaillance complète, par comparaison avec 2 500 avant fissuration et 4 700 avant défaillance complète pour l’échantillon témoin. L’essai relatif aux traces de roues a indiqué que la combinaison d’une émulsion K1-70 avec 30 g/m2 de 60 mm de fibre de verre a offert la plus longue durée de fonctionnement sans défaillance; cette combinaison était suivie de près par le système composé d’une émulsion K1-70 avec 60 g/m2 de 60 mm de fibre. En moyenne, les systèmes renforcés aux fibres se sont fissurés après 15 000 cycles comparativement à 2 500 cycles pour le témoin. 4.2.4 Étude de la Road Transportation Authority de South Wales (Australie, milieu des

années 1990) Vers le milieu des années 1990, des évaluations sur le terrain et en laboratoire ont été entreprises dans le New South Wales en Australie. L’étude en laboratoire a répété l’étude réalisée précédemment à Nottingham University dans le cadre de laquelle l’échantillon témoin a produit des fissures plus importantes; par la suite, l’échantillon renforcé aux fibres a affiché des fissures plus fines en raison de la tension qui est répartie et retardée par l’intermédiaire du plan horizontal de l’intercouche renforcée. L’Australie a réalisé de vastes essais sur le terrain dans le but d’évaluer et de documenter le rendement sur le terrain des systèmes d’intercouche et de surfaçage renforcés aux fibres. Des renseignements portant sur 17 emplacements différents ont été recueillis sur plusieurs années. L’étude d’évaluation sur le terrain australienne a clairement indiqué que le renforcement aux fibres assurait un contrôle efficace de la fissuration réflective pour un large éventail de conditions d’asphaltage. L’évaluation a aussi fait ressortir que l’efficacité sur le plan du ralentissement de la fissuration dépend de la condition initiale de la sous-couche et du régime de chargement auquel le revêtement est assujetti. 5.0 CONCLUSIONS

Les programmes d’entretien préventif du revêtement efficaces englobent un éventail complet de techniques dans le but d’améliorer le rendement du revêtement d’une façon rentable et éprouvée. La fissuration réflective, au-delà de toute autre forme de détérioration du revêtement, est toujours l’un des problèmes de revêtement les plus difficiles à corriger. Les avantages à valeur ajoutée et la durée de vie utile des traitements d’entretien préventif traditionnels sont fortement tributaires des conditions de fissuration du revêtement sous-jacent.



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Le renforcement aux fibres est polyvalent puisqu’il traite précisément de la fissuration réflective et qu’il peut être utilisé comme système de surfaçage ou système d’intercouche. De plus, comme l’ont démontré des essais en laboratoire et un suivi sur place sur une longue période, les systèmes renforcés aux fibres sont suffisants pour freiner la fissuration réflective. Même si l’expérience acquise en Amérique du Nord en matière de renforcement aux fibres est récente, les résultats des travaux de laboratoire et des examens sur le terrain nord-américains se comparent aux conclusions d’études internationales réalisées dans le but de quantifier et de qualifier le rendement des systèmes renforcés aux fibres. Les systèmes d’intercouche et de surfaçage renforcés aux fibres sont installés presque de la même façon que l’enduit superficiel. Par conséquent, les frais supplémentaires rattachés à l’installation restent bas par comparaison avec l’absence de traitement d’atténuation des fissures, et le renforcement aux fibres est extrêmement compétitif comparativement à d’autres types de traitement visant l’atténuation des fissures réflectives. De plus, après l’application des gravillons sur la membrane, la surface peut être ouverte à la circulation avant la mise en place du resurfaçage; le processus est donc pratique. L’utilisation polyvalente, l’atténuation de la fissuration réflective, la facilité d’application et le rapport coût-efficacité sont des éléments positifs du renforcement aux fibres. Le renforcement aux fibres offre aux ingénieurs routiers un moyen de contrôler la fissuration réflective dans le cadre de l’entretien préventif du revêtement.



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RÉFÉRENCES [1] Al-Qadi, I.L. et M.M. Elseifi. « A Simplified Overlay Design Model against Reflective Cracking Utilizing Service Life Prediction », CD-ROM en préimpression, 82nd Annual Meeting of the Transportation Research Board, National Research Council, National Academies, Washington, D.C. (2003). [2] Buttlar, W.G., Bozkurt, D. et B.J. Dempsey. « Cost-Effectiveness of Paving Fabrics to Control Reflective Cracking », Transportation Research Record No. 1730, Issues in Pavement Design and Rehabilitation, Transportation Research Board, National Research Council, National Academies, Washington, D.C., 139-149 (2000). [3] Cleveland, G.S., Lytton, R.L. et J.W. Button. « Reinforcing Benefits of Geosynthetic Materials in Asphalt Concrete Overlays using Pseudo Strain Damage Theory », CD-ROM en préimpression, 82nd Annual Meeting of the Transportation Research Board, National Research Council, National Academies, Washington, D.C. (2003). [4] Cooper, K.E. et S.L. Held. « The Evaluation of Fibre Reinforcement Techniques to Inhibit Reflection Cracking in Overlays », Department of Civil Engineering, Nottingham University, Nottingham, R.-U. (1987). [5] Gillespie, R.I. « The Evaluation and Study of a Fibre-Reinforced Membrane to Inhibit Reflective Cracking », compte rendu, 4th International RILEM Conference on Reflective Cracking in Pavements, Ottawa, Ontario, Canada (2000). [6] Jayawickrama, P. et R.L. Lytton. « Methodology for Predicting Asphalt Concrete Overlay Life against Reflection Cracking », compte rendu, 6th International Conference on the Structural Design of Asphalt Pavements, International Society for Asphalt Pavements (ISAP), Ann Arbor, Michigan, I, 912-924 (1987). [7] Vecoven, M. « Étude de système anti-remontée de fissures », Rapport 91/3924/D1, Laboratoire régional des Ponts et Chaussées d’Autun, ministère de l’Équipement, du Logement, des Transports et de la Mer, Autun, France (1991). [8] Lysenko, J. et G. Scott. « Are Your Roads Getting Enough Fibre? », Proceedings PI-98, Focusing on Performance Conference, Australian Asphalt Pavement Association (AAPA), Sidney, Australie (1998). [9] Yeates, C. « An Evaluation of the Use of a Fibre-Reinforced Membrane to Inhibit Reflective Cracking », dans Cabrera, J.G. et J.R. Dixon (éd.), Performance and Durability of Bituminous Materials: Proceedings of Symposium, University of Leeds, mars 1994, E&F Spon, Londres, R.-U. (1996). [10] Chaignon, F. et M. Thompson. « Road Reflective Cracking System under Cold Climatic Conditions », compte rendu, 4e Congrès mondial de l’émulsion, Lyon, France (2006). [11] Ghassan, R.C. et C.J. Palacios. « Evaluation Study of Fibermat B® Interlayer System for Roadway Pavement Rehabilitation », Pennsylvania Transportation Institute, Pennsylvania State University, University Park, Pennsylvanie, États-Unis (2007).

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