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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
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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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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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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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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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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
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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
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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)
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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)
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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
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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 :
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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…?)