Journées Techniques Routes 2013Nantes – 6 & 7 février 2013

Dégradations hivernales subites : état des travaux de recherche en cours

O. Chupin, J.-M. Piau

IFSTTAR, département Matériaux et Structures

Contexte

• Faits– Pelades en surface de chaussées bitumineuses, avec formation de nids

de poule

– Survenant• de façon subite• sur de grands linéaires • en bandes de roulement• sans signe précurseur spécifique

– Nécessitant des fermetures et interventions parfois en urgence

– Rencontrés dans divers pays (France, Angleterre, Allemagne, …)

• Questions– Causes ?

– Traitements curatifs / préventifs ?

– Détection préventive des sections à risque ?

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Dégradations hivernales subites : état des travaux de recherche en cours

Deux modes d’étude des mécanismes

• Analyses de cas de terrain (CETE, DIR,..)

• Essais de laboratoire sur le comportement au gel des EB

(Opérations de recherche RST: Fondephy & CCLEAR)

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Dégradations hivernales subites : état des travaux de recherche en cours

Facteurs communs au divers retours de terrain

– Présence d’eau dans la porosité des EB

– Des températures négatives basses

– avec précipitations (cycles de gel/dégel)

– Un « zest » de sollicitations mécaniques (bdr)

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Dégradations hivernales subites : état des travaux de recherche en cours

En première analyse :• Unité de temps + absence de signe précurseur

existence d’un mécanisme spécifique « franc » (rare en mécanique des chaussées !), différent d’un mécanisme de fatigue mécanique, thermique ou hydrique (ex: désenrobage progressif)

– Q: mécanisme unique ou déclencheur, sur situation préalablement «dégradée » ?

• Fissuration de retrait thermique dans les EB ? – Non a priori au sens usuel du terme sur EB sec (mode de rupture

différent; pas de fissure observée sur les essais de retrait thermique empêché jusqu’à -15°C/-20°C, même avec pentes thermiques rapides)

• Facteurs eau+froid investigations sur le comportement au gel des EB partiellement saturés d’eau

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Essais de laboratoire

• Essais de Module Complexe sur EB partiellement saturés (IFSTTAR)

• Essais de gel/dégel sur EB, inspirés des essais de gélivité sur sols (initiés par C. Mauduit au LR Nancy poursuivis au LR Clermont-Ferrand, IFSTTAR)

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Dégradations hivernales subites : état des travaux de recherche en cours

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000

Re (E*) (MPa)

Im (

E*)

(M

Pa)

saturation 70%

EB sec

Module complexe sur EB sec et partiellement saturé (70%)

• Mise en évidence d’un effet significatif du gel

Isothermes > 0 Isothermes < 0 BBSG

50/70

vides ~ 8%

Tessai > 0

superposition courbes EB sec et saturé

Tessai < 0 différences

significatives, rigidification du squelette par la présence de glace solide dans l’EB

Propagation verticale de front de gel/dégel sur EB partiellement saturé

Haut éprouvette cycles 24h de

température entre +10 et -10°C

Bas éprouvette Température

constante +2°C (avec ou sans

bain)

BBSG, vides 8%

Grade 35/50

Saturation eau : ~30% et 50%

Eprouvettes : H=10cm,Φ=8cm

Dispositif expérimental

Préparation des échantillons

Dégradations hivernales subites : état des travaux de recherche en cours

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• Thermocouples• Jauges axiales ou radiales (// ou

direction de propagation front de gel)

• 3 lots d’éprouvettes : sec, saturés à 30% et 50% = f(vide) (saturation par tirage au vide)

Déformations axiales au cours des cycles de gel/dégel : comportement global

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Température thermocouple entre +7 et -5°C

Def. axiale EB sec Amplitude: -900 µdef

Def. axiale EB 50% Amplitude : -500 µdef

Def. Axiale EB 30% Amplitude: -750 µdef

Stage de G. Bertuit (LR Clermont-Ferrand, 2012)

Evolution de la déformation axiale (moyennée sur la jauge) en cours de descente du front de gel

EB sec

EB 30%

EB 50%

Extension (~150def) déformation volumique liée à la transformation eau liquide/glace (à masse donnée Vg~1,09Vl)

Contraction au cours de la descente en T°C

Déf

orm

ati

on

s ra

dia

les

(d

ef)

<0

>0

EB sec

EB 50%

1

2 ?

de la descente « saut » similaire à axiale mais plus marqué

de la remontée du front de gel mvt de grande amplitude, effet localisé

dans le temps (~30’) et inattendu

2

1Evolution de la déformation radiale lors :

Conclusions

Dégradations hivernales subites : état des travaux de recherche en cours

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• Effets du gel sur EB (partiellement) saturé notables• Origine possible des dégradations subites vues sur

chaussées (arrachement dû à des dilatations horizontales opposées entre couches au passage d’un front de gel ?)

• Si confirmation éviter accumulation d’eau dans la porosité des EB

Poursuites prévues (CCLEAR)

• Essais sur bi-couches (saturé/sec) en laboratoire, prise d’eau de l’EB (phase vapeur, cryosuccion…?)