Pathologies de Chaussée
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Pathologies de la chaussée Mohammed CHAFII Chef de Service Chaussées & Assainissement Autoroutes du Maroc
Contenu du cours
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Chiffres clés du réseau routier Marocain Importance de l’entretien routier Objectifs et caractérisation de l’entretien routier Description matérielle d’une chaussée Description fonctionnelle d’une chaussée Modes de comportement et de dégradation des chaussées Facteurs influant sur les dégradations Familles de dégradation d’une chaussée et procédés d’entretien légé
Chiffres clés du réseau routier Marocain
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Chiffres clés du réseau routier Marocain
La Route de développement passe par le développement de la Route:
Au Maroc, la route est le principal mode de mobilité des personnes (90%) et du transport de marchandises (75%).
Le réseau routier marocain est considéré parmi les meilleurs des réseaux du continent Africain.
En 2009, le réseau routier revêtu a franchi le seuil de 40.000 km sachant qu’au lendemain de l’indépendance, ce linéaire n’était que de 10.348 km.
En 2010, le linéaire du réseau routier revêtu a atteint 41.431 kms répartis en : 10.185 km de routes nationales ; 9.510 km de routes régionales et 21.736 km de routes provinciales.
Entre 2000 et 2010, 9.000 km environ de routes revêtues ont été livrées à la circulation, soit une croissance annuelle du réseau revêtu de plus de 2,5%. 4
Chiffres clés du réseau routier Marocain Réseau non concédés (Direction des Routes)
Voies express:
Routes revêtues:
727 Km
Routes Nationales: 10.185 Km Routes Régionales: 9.510 Km Routes Provinciales: 21.736 Km
Routes non revêtues Routes
Nationales: 1.214 Km Routes Régionales: 581 Km Routes Provinciales: 14.108 Km 5
Chiffres clés du réseau routier Marocain Réseau concédé (autoroutes du Maroc ADM)
1416 Km en cours d’exploitation 386 Km en cours de travaux Km
Evolution du rythme de construction
350 300 250 200 150 100 50 1991 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016
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Exploitation
et entretien dans un contexte difficile
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Chiffres clés du réseau routier Marocain Réseau concédé (autoroutes du Maroc ADM)
Le rythme irrégulier de la construction est retrouvé en entretien;
Gestion directe des besoins entretien n’est plus possible
Nécessité de rechercher des alternatives permettant d’optimiser les opérations d’entretien en fonctions de plusieurs contraintes;
Développement d’un système informatique de gestion de l’entretien et d’aide à la décision;
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en
Evolution du rythme d'entretien périodique des chaussées calqué sur l’écart temporel avec la mise en service
Chiffres clés du réseau routier Marocain Etat du réseau non concédés (ISU) Explication du METL:
La mise en œuvre du programme de voies express qui est un grand consommateur de budget et qui partage les mêmes rubriques que celles de la maintenance routière;
Les saisons hivernales 2008/2009 et 2009/2010 qui ont connu des chutes de pluies exceptionnelles causant des dégâts importants du réseau routier;
L’agressivité du trafic qui connait une augmentation considérable pendant les dix dernières années;
Evolution de l’état (A+B) du réseau routier Marocain non concédé
A+B
Progression 1,3 point par an
Régression 1,17 point par an.
Source: METL 8
Chiffres clés du réseau routier Marocain Etat du réseau non concédés (ISU)
Extrait de la Réponse de Monsieur de METL aux questions des conseillés le 03.12.13 9
Chiffres clés du réseau routier Marocain Etat du réseau concédé (autoroutes du Maroc ADM)
Le réseau autoroutier offre un niveau de service élevé (confort et sécurité);
Chaque nouveau tronçon (construction ou renforcement) constitue pour l’usager une référence et par conséquent un niveau de service minimal exigé pour la totalité du réseau;
Usagers de plus en plus exigeant; qualité de l’infrastructure et du service rendu;
Enquêtes de satisfaction auprès des usagers des autoroutes;
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Orniérage
Uni OC
Uni MO
Uni GO
Chiffres clés du réseau routier Marocain Circulation routière
Circulation recensée sur 20.873 Km de routes revêtues (100% pour les autoroutes, 90,79% pour les RN, 68,25% pour les RR et 17,06 pour les RP)
Circulation évaluée en 2011 à 83,57 millions de véh.km/j contre 77,18 millions de véh.km/j en 2010 soit un taux d’accroissement de 8,28%.
Source: CNER – METL (données 2011) 11
Importance de l’entretien routier
La durée de conception, de mise au point et de réalisation d’une route se mesure en mois ou en quelques années alors que son entretien porte sur des décennies pour ne pas dire plus;
Les techniciens routiers au Maroc ont l’obligation d’entretenir un réseau d’environ 600.000 Km de routes (hors routes communales et rurales);
Les conséquences de l’absence d’une politique d’entretien sont rapidement perceptibles sur terrain;
Les pays en voie de développement se focalisent plus sur la construction et ne disposent pas de politiques d’entretien, ce qui conduit à la ruine des routes construites à l’aide de crédits internationaux; 12
Importance de l’entretien routier Particularités des chaussées:
elles sont conçues, contrairement aux OA, pour des durées de vie relativement courtes (10 ans en règle générale) et nécessitant des mises à niveau régulières;
les règles de conception visent à définir une structure adaptée à des contraintes qui peuvent varier (trafic, contexte climatique,…).
elles constituent un ouvrage adaptable dans la durée (entretien, élargissement, …)
elles se dégradent naturellement du fait des sollicitations du trafic et doivent être suivies régulièrement de manière à intervenir au meilleur moment. Un hiver rigoureux et/ou un trafic agressif peuvent considérablement accélérer le processus de dégradation. A l’inverse, plusieurs facteurs peuvent se présenter pour conserver la chaussée dans un état médiocre pendant un temps non négligeable;
elles interagissent directement avec les usagers (confort, sécurité) ;
elles constituent le poste d’entretien le plus important en termes de budget. 13
Objectifs de l’entretien routier
L’entretien des chaussées doit répondre aux deux objectifs principaux suivants:
La conservation des caractéristiques de surface synonyme du confort et de la sécurité des usagers ;
La conservation de l’intégrité de la structure de la chaussé : pérennité de la chaussée et valorisation de l’investissement en fonction de la durée de service fixée lors de la construction ou du renforcement structural;
La réussite vis-à-vis des objectifs de l’entretien des chaussées doit conduire à des interventions d’urgence rares car elles symbolisent l’échec de l’entretien courant programmé et à fortiori de l’entretien périodique
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Objectifs de l’entretien routier
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Objectifs de l’entretien routier
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Caractéristique de l’entretien routier
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Importance de l’entretien routier
Il est possible d’établir un parallèle entre le rôle de l’ingénieur chargé de l’entretien d’un réseau et celui d’un médecin.
Le médecin procède à un examen visuel du ‘’malade’’ et peut utiliser des matériels ‘’d’auscultation’’ et devra établir un diagnostic permettant de définir les ‘’soins’’ à prodiguer au ‘’malade’’ suivant la gravité du cas.
Dans ce cette, nous abordons: Les principales pathologies des chaussées (les maladies) Les matériels d’auscultations (examens et analyses) Les solutions techniques (les médicaments et soins)
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Modes de comportement et de dégradation des chaussées (Hors chaussées en béton)
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Description matérielle d’une chaussée (rappel)
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Description matérielle d’une chaussée « Ensemble de couches superposées de matériaux reposant sur la plate forme support de chaussée, destinées à répartir sur le sol naturel les efforts dus à la circulation des véhicules »
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Description fonctionnelle d’une chaussée
Elle doit prendre en compte les contraintes de circulation et répartir suffisamment les efforts pour éviter les déformations permanentes dans le sol support.
Ce complexe multicouches évolue et se dégrade sous l’effet combiné de
la répétition des sollicitations induites par le trafic,
des agents climatiques et
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du temps.
Description fonctionnelle d’une chaussée Autres types de structures
Types de structures omniprésentes au Maroc 23
NB: chaussées en béton non traitées dans le présent support
Description fonctionnelle d’une chaussée Partie supérieure des terrassements (mémoire)
La PST est constituée d’une épaisseur d’environ 1m de sol naturel ou d’apport (section en déblai) ou de matériaux rapportés (section en remblai);
La notion de PST correspond à une évaluation de la situation à court terme: nature et état des matériaux qui la constituent, portance immédiate et environnement hydrique.
7 classes de PST de PST n°0 à PST n°6;
5 classes d’arase AR0 à AR4;
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Description fonctionnelle d’une chaussée Partie supérieure des terrassements (mémoire)
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Description fonctionnelle d’une chaussée Partie supérieure des terrassements (mémoire)
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Description fonctionnelle d’une chaussée Partie supérieure des terrassements (mémoire)
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Description fonctionnelle d’une chaussée Partie supérieure des terrassements (mémoire)
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Description fonctionnelle d’une chaussée Partie supérieure des terrassements (mémoire)
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Description fonctionnelle d’une chaussée Partie supérieure des terrassements (mémoire)
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Description fonctionnelle d’une chaussée Rôle de la couche de forme A court terme: la couche de forme doit présenter des caractéristiques minimales de:
Traficabilité pour assurer pendant la saison prévue pour la réalisation des travaux de chaussée, la circulation des engins approvisionnant les matériaux d’assise.
Nivellement pour garantir la régularité de l’épaisseur des couches et l’uni de la chaussée finale;
Déformabilité pour permettre le compactage correct des couches de chaussées;
De résistance vis-à-vis du gel si nécessaire;
Protection de l’arase des terrassement vis-à-vis des agents climatiques pendant les travaux;
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Description fonctionnelle d’une chaussée Rôle de la couche de forme Au long terme (période de l’exploitation):
Homogénéisation de la portance du support pour concevoir des chaussées d’épaisseur constante;
Maintien dans le temps d’une portance minimale de la plate forme en dépit des fluctuations de l’état hydrique des sols supports sensibles à l’eau;
Une amélioration de la portance de la plate forme pour optimiser le coût de l’ensemble couche de forme –structure de chaussée;
Contribution au drainage de la chaussée;
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Description fonctionnelle d’une chaussée Rôle de la couche de forme Selon les spécificités de chaque chantier (nature des sols, climat, environnement, …), la couche de forme peut être:
Inexistante ou réduite à une mince couche de réglage, lorsque les matériaux constituant le remblai ou le sol support en place ont eux-mêmes les qualités requises de la portance,
La couche de forme peut être associée à une sous-couche – de plus en plus souvent remplacée par un géotextile. Cette sous couche peut être : Anti-contaminante: limitation de la remontée des fines argileuses; Anti-capillaire: écran limitant les remontées d’eau; Anti-gel:elle est alors réalisée avec des matériaux non gélifs..
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Description fonctionnelle d’une chaussée
Le couple PST – CD ne faisant pas partie intégrante de la chaussée conditionne le dimensionnement de la chaussée.
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Description fonctionnelle d’une chaussée Rôle des couches d’assise
La couche de base, plus proche de la surface de la chaussée, subit des contraintes et des déformations notables; il est donc nécessaire qu’elle présente des caractéristiques mécaniques assez élevées;
Quant à la couche de fondation, les contraintes et les déformations auxquelles elle est soumise conduisent à un niveau de qualité mécanique moindre que celui de la couche de base;
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Description fonctionnelle d’une chaussée Rôles de la couche de surface (liaison + roulement)
La couche de surface est la seule couche « vue » et « jugée » par les usagers de la route (partie émergente de l’iceberg);
Le choix des couches inférieures dépend de celui de la couche de surface;
La tendance actuelle consiste à dissocier les fonctions remplies par la couche de surface de celles remplies par les couches d’assise;
La qualité d’usage de la chaussée dépend pour une large part des caractéristiques de surface de la couche de roulement, donc de sa nature et de son état. Cette couche contribue en outre à la pérennité de la chaussée (étanchéité entre autres);
Le rôle structurel est secondaire sauf dans le cas de chaussées à assises granulaires dont la couche de surface est la seule couche liée).
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Description fonctionnelle d’une chaussée Rôles de la couche de surface
Le choix de la couche de surface doit résulter de la prise en considération de plusieurs objectifs qu’on peut ranger en quatre groupes:
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La sécurité et le confort des usagers; en liaison avec les caractéristiques de surface;
Le maintien de l’intégralité de la structure, par la protection des couches d’assises vis-à-vis des infiltrations des eaux pluviales et des sels de déverglaçage;
L’impact sur l’environnement, avec notamment la recherche d’une réduction des bruits de roulement;
Les possibilité de régénération des caractéristiques de surface;
Description fonctionnelle d’une chaussée Rôles de la couche de surface Sécurité et confort des usagers
L’uni
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L’uni est une notion servant à la description des défauts géométriques du profil de la chaussée susceptible de compromettre la sécurité et le confort des usagers. On considère de façon séparée l’uni longitudinal et l’uni transversal;
La réalisation d’une couche de liaison bitumineuse (5 à 8cm d’épaisseur) entre les couches d’assises et la couche de roulement, qui peut être mince (2 à 3 cm) , facilite l’obtention d’un uni longitudinal de qualité;
La dégradation de l’uni résulte de la déformation du support (et éventuellement du corps de chaussée granulaire) et de l’orniérage de la couche de surface;
La couche de liaison se justifie tout particulièrement dans le cas d’une couche de roulement très mince et dans les zones sensibles à l’orniérage de la par la sévérité des sollicitations (rampes, zones de freinage, …)
Description fonctionnelle d’une chaussée Rôles de la couche de surface Sécurité et confort des usagers
L’uni
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Description fonctionnelle d’une chaussée Rôles de la couche de surface Sécurité et confort des usagers
L’adhérence
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L’adhérence des véhicules dépend de la texture de surface de la couche de roulement. Pour qualifier la texture qui décrit les irrégularités de la surface on distingue:
La macrotexture (aspérités de longueur d’onde comprise entre 0,5 et 50mm) liée à la dimension maximale des granulats et à la composition granulaire ainsi qu’au mode de mise en œuvre. La macrotexture influe sur la capacité d’évacuation de l’eau à l’interface pneumatiquechaussée et sur le développement de force de frottement à cette interface;
La microtexture (aspérités de longueur d’onde inférieure à 0,5) liée à la nature pétrographique et au mode d’élaboration des gravillons. La microtexture permet au pneumatique de rompre le film d’eau résiduel jusqu’à l’obtention du contact sec; elle participe à l’amélioration du frottement pneumatique –chaussée.
Description fonctionnelle d’une chaussée Rôles de la couche de surface Sécurité et confort des usagers
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Description fonctionnelle d’une chaussée Rôles de la couche de surface Maintien de l’intégrité de la structure
La couche de roulement doit protéger l’ensemble de la structure des entrées d’eaux, des sels de déverglaçage et des divers polluants répandus en surface si ce rôle n’est pas joué par une autre couche;
La fonction d’étanchéité peut être assurée sur toute l’épaisseur de la couche de roulement ou à l’interface avec la couche inférieure;
La couche de liaison peut également assurer ou compléter l’étanchéité , lorsque la couche de roulement est drainante ou imparfaitement étanche;
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Description fonctionnelle d’une chaussée Rôles de la couche de surface Choix du type de la couche de roulement
Les objectifs retenus et les performances visées permettent d’opérer un premier choix parmi les familles de techniques de roulement en précisant un domaine d’épaisseur.
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Les enduits superficiels (ES) constitués d’une alternance de couches de liant bitumineux et de gravillons, en couches de faible épaisseur, et répandues directement sur le support;
Les bétons bitumineux (BB) qui sont des mélanges de liant hydrocarbonés (bitume), de granulats, et éventuellement d’additifs, dosés, chauffés et malaxés dans une centrale d’enrobage, puis transportés et mis en œuvre sur la chaussée;
Description fonctionnelle d’une chaussée Méthode de dimensionnement d’une chaussée (mémoire)
Les chaussées sont vérifiées par le calcul vis-à-vis de la rupture par fatigue en partie inférieure de la couche bitumineuse de base.
Deux critères sont à vérifier : l’allongement εt réel en partie inférieure de la couche de base doit rester inférieur à une valeur admissible εt.adm et la déformation spécifique verticale εz réel à la surface de la plate forme support de chaussée doit être inférieure à une valeur limite εz.adm
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Modes de fonctionnement et de dégradation Les chaussées souples Chaussées dont l’assise est constituée de matériaux non traités, recouverte par une épaisseur bitumineuse relativement faible (inférieur ou égale à 12cm).
Faible rigidité de l’assise en matériaux non traités rend la chaussée relativement sensible aux variations de l’état hydrique des matériaux non traités et du sol support.
Reprise des sollicitations liées au trafic par l’assise granulaire (peu de diffusion des contraintes par la couverture bitumineuse relativement mince). NB: les anciennes normes indiquent 15cm au lieu de 12cm
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Modes de fonctionnement et de dégradation Les chaussées souples Le passage répété des charges lourdes conduit à:
Apparition de déformations permanentes dans les couches non liées : ► orniérage à grand rayon ► Flaches ► Affaissement
Effort de traction-flexion à la base de la couverture bitumineuse : ► fissures longitudinales ► faïençage ► Nids de poule 46
Modes de fonctionnement et de dégradation Les chaussées bitumineuses épaisses Chaussées dont l’assise est constituée en matériaux bitumineux , et dont l’épaisseur totale de matériaux bitumineux est supérieure à 12 cm.
Forte atténuation des contraintes: la rigidité des couches en matériaux bitumineux permet de diffuser les contraintes verticales transmises aux sol support.
Reprise des sollicitations liées au trafic par l’assise traitée en traction par flexion;
Fort impact de la qualité du collage des couches sur les élongations de traction.
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Modes de fonctionnement et de dégradation Les chaussées bitumineuses épaisses Passage répété des charges lourdes :
Températures élevées, trafic lourd lent ou choix inadaptés de matériaux : ► fluage de la couche de surface ► orniérage ► arrachement de gravillons
Durcissement par vieillissement du bitume de la couche de roulement (oxydation, gradients thermiques, lessivage des eaux superficielles) : ► fissuration anarchique et fissuration longitudinale
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Modes de fonctionnement et de dégradation Les chaussées à assise traitée au liants hydrauliques Chaussées dont l’assise est constituée de matériaux traités avec un liant hydraulique.
Forte atténuation des contraintes: la rigidité des matériaux traités au liant hydraulique permet de diffuser les contraintes verticales transmises aux sol support.
Le dimensionnement de l’assise traitée qui subit des contraintes de traction-flexion est déterminant;
Fort impact de la qualité du collage des couches sur les élongations de traction.
Assises traitées sujettes aux retraits de prise et thermique qui provoquent une fissuration transversale remontant rapidement au travers de la couche de roulement; 49
Modes de fonctionnement et de dégradation Les chaussées à assise traitée au liants hydrauliques Au droit des fissures transversales de retrait: ► Dédoublement et ramification des fissures sous l’effet du trafic ► Infiltration des eaux suite à la perte de l’étanchéité; ► Phénomène de pompage conduisant à une diminution de la qualité du collage des interfaces et une désagrégation de la partie supérieure de l’assise ► Phénomène de pompage conduisant à un accroissement des contraintes de traction à la base des couches traitées et des contraintes verticales transmises au sol support;
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Modes de fonctionnement et de dégradation Les chaussées à assise traitée au liants hydrauliques Sur l’ensemble de la structure: ► Décollement des couches bitumineuses (différence des coefficients de dilatation+ efforts tangentiels) ►Dégradation structurelle par fatigue de la couche bitumineuse; ►Fissuration longitudinale par fatigue sous l’effet des efforts répétés de traction à la base de la structure;
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Modes de fonctionnement et de dégradation Les chaussées à structure mixte Chaussées dont l’assise est constituée des deux couches de matériaux différents: fondation en matériaux traités au liants hydrauliques et base en matériaux bitumineux; le rapport entre les épaisseurs bitumineuses totale et la couche de fondation est voisin de 1.
Forte atténuation des contraintes: la rigidité des matériaux traités au liant hydraulique permet de diffuser les contraintes verticales transmises aux sol support.
La couche de base ralentis la remontée des fissures et atténues le gradient thermique;
Fort impact de la qualité du collage des couches sur les élongations de traction.
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Modes de fonctionnement et de dégradation Les chaussées à structure mixte
La fissuration transversale de retrait de la couche de fondation affecte les couches bitumineuses;
Dédoublement des fissures par l’effet du trafic et des infiltrations des eaux entrainant la dégradation des matériaux bitumineux;
Les efforts répétés de traction à la base de l’assise hydraulique entrainent sa dégradation par fatigue traduite par la fissuration longitudinale remontant peu à peu dans la structure;
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Modes de fonctionnement et de dégradation Les chaussées à structure inverse Chaussées dont l’assise est constituée en MTLH recouverte par une couche intermédiaire en GNT de faible épaisseur et une couche de base en matériaux bitumineux.
La rigidité des MTLH permet d’atténuer les contraintes verticales transmises au sol;
La rigidité des couches bitumineuses permet de diffuser et d’atténuer les contraintes verticales transmises à la GNT;
Reprise en traction par flexion des sollicitations liées au trafic par les couches bitumineuses;
Fort impact de la qualité du collage des couches sur les élongations de traction.
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Modes de fonctionnement et de dégradation Les chaussées à structure inverse Passage répété des charges lourdes :
Fissuration longitudinale de fatigue des couches bitumineuses qui favorise les infiltrations d’eau dans la GNT, altère sa rigidité et la rend sensible aux déformations permanentes. amplifie la fatigue des couches bitumineuses avec évolution rapide vers un faïençage;
La fissuration transversale de retrait des MTLH apparait en surface sous forme de fissures irrégulières, dédoublées et difficile à étancher;
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Facteurs influant sur les dégradations
Les structures de chaussées sont conçues pour répondre aux objectifs définis par le gestionnaire du réseau selon les standards et normes en vigueur. Dans la phase d’exploitation, les chaussées se dégradent sous l’action de différents facteurs qui peuvent être classés en trois catégories :
Extérieurs à la chaussée ;
Liés à la structures elle-même, à ses défauts de conception et de réalisation ;
Liés aux matériaux constitutifs.
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Facteurs influant sur les dégradations Facteurs extérieurs à la chaussée – le trafic
Le trafic est le premier des facteurs extérieurs provoquant la ruine des chaussées.
Il agit d’une part en sollicitant les couches traitées en:
traction fissuration poinçonnement des couches non liées (sol support et GNT) déformations permanentes.
Il peut également susciter l’orniérage par fluage des couches de surface bitumineuses. Autres facteurs extérieurs pouvant intervenir à ce niveau:
une température durablement élevée (période de canicule),
une vitesse de sollicitation lente (rampe) ou une zone de fort cisaillement (virage, zone de farinage).
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Facteurs influant sur les dégradations Facteurs extérieurs à la chaussée – le trafic Le trafic exerce également une augmentation de pression dans les fissures où l’eau s’est infiltrée. Par suite, cette eau sous pression attaque les éventuelles points faibles des matériaux et de la structure:
décolle les interfaces entre couches, entraîne les fines produites par l’attrition (au
niveau
de
la
fissure
interfaces),
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déchausse les granulats.
ou
des
Facteurs influant sur les dégradations Facteurs extérieurs à la chaussée – conditions climatiques
La pluviométrie influe sur la teneur en eau des sols support et sur leur portance, sur la rigidité des matériaux non traités et sur la dégradation des discontinuités de la structure (fissures, interfaces).
L’influence de ce facteur est amplifiée par le type du profil de la chaussée (remblai ou déblai), la nature et la largeur des accotements, l’état du dispositif de drainage et l’état de surface de la chaussée ;
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Facteurs influant sur les dégradations
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Facteurs influant sur les dégradations Facteurs extérieurs à la chaussée – conditions climatiques
Les températures estivales augmentent la sensibilité à l’orniérage ou au ressuage des couches de surface ;
Les températures hivernales augmentent la fragilité des couches bitumineuses ;
Les variations de température influent sur le fonctionnement des structures, notamment sur la susceptibilité thermique des matériaux bitumineux dans le cas de forte amplitude journalière de température qui conduit à la fragilisation de l’enrobé à basse température ;
L’ensoleillement et l’exposition aux intempéries provoquent un vieillissement des matériaux, qui se traduit par un durcissement des liants bitumineux et une fragilisation des liaisons granulats/liants ;
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Facteurs influant sur les dégradations Facteurs liés à la structure elle même
L’épaisseur de la structure est déterminée afin que la chaussée assure la circulation d’un trafic poids lourds sur un sol support donné pendant une certaine durée.
Des travaux réalisés selon les règles de l’art intègrent des variations « usuelles » d’épaisseur qui sont prises en compte dans le calcul de l’épaisseur nominale.
Toute sous-épaisseur, ponctuelle ou étendue, induit dès l’origine un excès de sollicitation dans la zone sous-dimensionnée, qui se traduit à plus ou moins long terme par l’apparition prématurée de fissures de faïençage.
Les sous épaisseurs sont d’autant plus dommageable que le matériau est rigide.
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Facteurs influant sur les dégradations Facteurs liés à la structure elle même
Les conditions de collage entre couches sont généralement déterminantes sur la durabilité des structures.
Celles-ci sont calculées en adoptant des hypothèses de collages représentatives des conditions habituellement rencontrées : par exemple, les couches bitumineuses sont supposées collées sur leur support.
Tout défaut de collage entre deux couches supposées solidaires conduit à une sollicitation excessive de chacune des couches de la structure, et donc à leur ruine prématurée.
Il n’est pas rare, sur chaussée souples et bitumineuses épaisses sous fort trafic, de rencontrer des fissures longitudinales voire de faïençage dans les bandes de roulement et de mettre en évidence le décollement de la seule couche de surface par carottage. 63
Facteurs influant sur les dégradations Facteurs liés à la structure elle-même: couche d’accrochage D’un point de vue mécanique, l’état de l’interface conditionne la répartition des contraintes et des déformations dans chaque couche.
Couches non collées (A): chaque couche travaille de façon indépendante - Rigidité globale + Contraintes/ déformations + Vitesse de dégradation
Couches collées (B): la structure travaille comme un seul bloc + Rigidité globale - Contraintes/ déformations + Durée de vie 64
Facteurs influant sur les dégradations Illustration de l’effet de la couche d’accrochage sur la durée de vie Déformations horizontales (µ déf)
Profondeur dans la couche (cm)
PF2+25GNT+8GB2+7EME2+6BBME
Zone de traction
Zone de compression
Couche de BBME décollée Couche de BBME collée
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Facteurs influant sur les dégradations Illustration de l’effet de la couche d’accrochage sur la durée de vie
Pour la même structure, les déformations à la base de la couche de GB sont: •
Des couches collées (trafic cumulé NE1):
•
CR décollée (trafic cumulé NE2):
Considérons que ces déformations correspondent à la déformation admissible pour chacune des deux structures et si toutes choses sont égales ailleurs:
La défectuosité de l’accrochage de la couche de roulement conduirait à diviser par quatre environ la longévité de la chaussée calculée avec l’hypothèse de surfaces collées. 66
Facteurs influant sur les dégradations Facteurs liés à la structure elle-même
Un défaut d’accrochage peut résulter de:
l’absence de la couche d’accrochage;
un mauvais dosage de la couche d’accrochage;
des conditions météorologiques lors de la mise en œuvre (averses);
la présence d’une pollution sur la couche sous-jacente avant mise en œuvre.
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Facteurs influant sur les dégradations
Facteurs liés à la structure elle-même
Les travaux de type élargissement constituent souvent des points faibles de la structure. Des comportements différentiels entre ancienne chaussée et élargissement peuvent être observés, résultent :
Des matériaux utilisés pour ces élargissements qui ne sont pas nécessairement de même nature que ceux du corps de chaussée ;
Du sol support remanié lors des terrassements des élargissements ;
Des difficultés de mise en œuvre en faible largeur.
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Facteurs influant sur les dégradations Facteurs liés à la structure elle-même
Le joint entre élargissement et chaussée ancienne, réalisé à froid, a tendance à s’ouvrir rapidement, puis à s’épaufrer, d’autant plus qu’il est placé en bande de roulement et des dispositions constructives de type redans n’ont pas été adoptées lors des travaux.
Les tranchées réalisées dans les chaussées en service pour la mise en place de matériaux drainants, réseaux enterrés, … causent les mêmes types de désordres que les élargissements ainsi des affaissements au droit des zones de travaux par insuffisance de compactage. 69
Facteurs influant sur les dégradations Facteurs liés aux matériaux – tous les matériaux
La rigidité d’un matériau de chaussée dépend de son taux de compactage.
Tous les matériaux requièrent un niveau de compactage minimal, garantissant une rigidité et un comportement en fatigue.
Tout défaut de compactage affecte la rigidité du matériau, et par suite suscite une augmentation de la sollicitation induite au passage des charges lourdes. La durée de vie de la chaussée s’en voit réduite.
Un matériau non adapté au trafic (squelette non optimisé, teneur en liant ou en sable trop élevée, susceptibilité thermique du liant bitumineux trop forte), peut également être un facteur à l’origine de l’orniérage des chaussées. 70
Facteurs influant sur les dégradations Facteurs liés aux matériaux – matériaux non traités
Une teneur en eau trop élevée altère les performances mécaniques de ces matériaux, aussi bien en rigidité qu’en résistance à la déformation permanente.
Cette teneur en eau augmente lorsque les couches supérieures ne sont plus imperméables (forte fissuration par exemple), qu’une alimentation en eau peut se faire par un terre plein central et/ou que le dispositif de drainage ne fonctionne pas (problème d’altimétrie, de colmatage des exutoires …).
La teneur en fine et la propreté (MB) sont également des facteurs déterminants, en ce sens qu’elles contribuent à la rétention d’eau libre (par capillarité), réduisant la portance de la chaussée ce qui conduit généralement à une fissuration des couches supérieures et à l’orniérage. 71
Facteurs influant sur les dégradations Facteurs liés aux matériaux – matériaux bitumineux La teneur en liant dont l’optimum a été déterminée lors de l’étude de formulation du mélange est un facteur déterminant.
Un sous dosage conduit à :
Une réduction des performances en fatigue donc une moindre durabilité;
Une moindre maniabilité du mélange donc une plus grande difficulté à atteindre la compacité requise ;
Une plus grande sensibilité à l’eau donc un décohésionnement de la liaison liant/granulats ;
Dans une moindre mesure, une perte de rigidité du mélange.
Un surdosage en liant a peu de conséquence pour les couches d’assise, mais est plus pénalisant pour les couches de surface où il conduit :
Une plus grande sensibilité à l’orniérage et au ressuage ;
Un état de surface plus fermé (donc une moindre macrotexture) défavorable à l’adhérence sur chaussée humide ;
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Facteurs influant sur les dégradations Facteurs liés aux matériaux – matériaux bitumineux
Un manque de fines important conduit à une plus grande sensibilité du mélange à l’orniérage.
La surchauffe des mélanges bitumineux à la fabrication en centrale entraine un vieillissement prématuré du liant et conduit généralement au désenrobage et à la fissuration des couches de surface.
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Facteurs influant sur les dégradations Facteurs liés aux matériaux – matériaux bitumineux
Le sur-compactage des couches de surface induit un risque accru d’orniérage, et un manque de macrotexture.
Le sous compactage des matériaux bitumineux peut également conduire, en plus d’un affaiblissement des caractéristiques mécaniques (module et fatigue), à un risque d’orniérage par post-compactage.
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Facteurs influant sur les dégradations Facteurs liés aux matériaux – matériaux bitumineux
L’emploi de bitumes durs conduit généralement à une plus grande sensibilité des matériaux
aux
basses
températures,
ce
qui
peut
compromettre
le
bon
fonctionnement de la chaussée dans les zones à forts gradients thermiques. Cela se traduit par l’apparition en surface de la chaussée de fissures aléatoires dans et hors bandes de roulement initiées par le haut de la couche de roulement. Cette fissuration peut être aggravée dans les bandes de roulement sous l’effet du trafic lourd.
Cette fragilité du matériau bitumineux face aux températures les plus basses peut également se rencontrer pour des couches de surface élaborées à partir d’agrégats d’enrobés ou ayant fait l’objet d’un thermo-recyclage, pour peu que les études préalables n’aient pas suffisamment anticipé ce phénomène.
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Familles de dégradations
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Les familles de dégradations
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Les familles de dégradations
Les fissures Fissures transversales Fissures longitudinales Fïençage
Les déformations Orniérage Affaissement de rive Flache Bourrelet Tôle ondulée
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Les arrachements : Nid de poule Pelade (enrobés minces) Peignage Plumage Glaçage
Les remontées Ressuage Remontée de fines
Les familles de dégradations Les fissures
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Les familles de dégradations Les fissures: les fissures transversales
Causes probables:
Retrait dû à la prise de l'assise traitée aux liants hydrauliques (ciment, laitier,...) ;
Retrait dû à l’instabilité de la plate forme support de chaussée ;
Vieillissement et fragilisation du bitume.
Remontée de fissures après des travaux de resurfaçage.
Défaut de construction d'un Joint de reprise de tapis d'enrobés.
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Les familles de dégradations Les fissures: les fissures transversales
Evolution possible:
D'abord fines, les fissures peuvent s'épaufrer et évoluer vers des faïençages, flaches et départ de matériaux sous l’effet des sollicitations du trafic et d’infiltration de l’eau dans le corps de la chaussée
81
Les familles de dégradations Les fissures: les fissures transversales
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Les familles de dégradations Les fissures: les fissures transversales
Traitement :
Fissures fines : acceptable avec un suivi continu de son évolution ;
Fissures de niveau moyen : scellement par pénétration, pontage ou garnissage.
Fissures de niveau élevé : réfection localisée par rabotage et remplacement des couches rabotées. Une vérification de la profondeur des fissures doit être effectuée avant exécution des travaux. Les fissures accompagnées par des mouvements du support doivent être expertisées puisque le simple traitement de la couche de surface ne permet que de cacher provisoirement l’origine de la pathologie.
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Les familles de dégradations Les fissures: les fissures transversales
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Les familles de dégradations Les fissures: les fissures longitudinales
Causes probables: Fatigue de la chaussée due à une structure insuffisante vis-à-vis du trafic, ou d'une portance insuffisante du sol. Ségrégation de l’enrobé à la pose (centre de l’épandeur). Vieillissement de l’enrobé ; Défauts de construction par exemple : élargissement, ou joints défectueux d'enrobé, ou mouvements du sol (tassement, glissement). Absence ou insuffisance du drainage des couches granulaires de la chaussée ;
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Les familles de dégradations Les fissures: les fissures longitudinales
Traitement:
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Fissures fines (ouvertures sont inférieures à 5 mm) :acceptable avec un suivi continu de son évolution ; Fissures de niveau moyen (ouvertures entre 5 et 10 mm) : scellement par pénétration, pontage ou garnissage. Les fissures hors bandes de circulation doivent être suivies puisque la fissure pourrait être due à une instabilité géotechnique ; Fissures de niveau élevé: réfection localisée par rabotage et remplacement des couches rabotées. Une vérification de la profondeur des fissures doit être effectuée avant exécution des travaux. Les fissures hors bandes de circulation doivent être expertisées puisque la fissure pourrait être due par exemple à une instabilité géotechnique ;
Les familles de dégradations Les fissures: le faïençage Description: Rupture du revêtement sur des superficies plus ou moins étendues, formant un patron de fissuration à petites mailles polygonales
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Les familles de dégradations Les fissures: le faïençage
Evolution possible:
Faïençage à mailles serrées ; Départ de matériaux, formation de nids de poules ; Chute de portance due à la pénétration de l’eau ; Destruction générale ou locale de la chaussée ;
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Les familles de dégradations Les fissures: le faïençage
Traitement :
Réfection de la chaussée par rabotage ;
Dans le cas d’un faïençage généralisé, une expertise doit être menée avec des mesures de la portance de la chaussée et du rayon de courbure.
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Les familles de dégradations Les déformations
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Les familles de dégradations Les déformations: Orniérage
Description:
Tassement en pleine chaussée sous le passage des roues des véhicules.
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Les familles de dégradations Les déformations: Orniérage
Causes probables: Fatigue de la chaussée par tassement des couches inférieures dû à un défaut de portance du sol ; Vieillissement (accumulation des déformations permanentes). Compactage insuffisant des couches granulaires. Absence ou mauvais drainage des matériaux granulaires de la chaussée ; Mauvaise stabilité d’un enrobé mou dans les fortes pentes ou rampes ou dans les zones de freinage : Utilisation de bitume trop mou ; Présence importante de granulats roulés dans le mélange ; Formule trop riche en sable ; Dosage en bitume trop élevé ;
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Les familles de dégradations Les déformations: Orniérage
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Les familles de dégradations Les déformations: Orniérage:
Relevé quantitatif: Profondeur moyenne d’ornière en mm;
Evolution: Faïençage dans les ornières et bourrelets dans les cas d’orniérage à GR et augmentation de la profondeur de l’ornière pour l’autre cas.
Traitement:
Faible : acceptable.
Moyen avec absence d’autres dégradations: Pas d’entretien courant : surveillance Si entretien courant programmé ou entretien périodique : reprofilage.
Prononcé Sans autre dégradation : reprofilage localisé dans les ornières avec EB; Avec d'autres dégradations (bourrelet, faïençage, ressuage) : pas d'entretien courant, rabotage et reprise de la voie concernée par un E après identification de la cause de l’orniérage. 94
Les familles de dégradations
Les déformations: Affaissement de rive
Distorsion du profil en bordure de la chaussée
Causes probables:
Conséquence de faïençage avec infiltration des eaux dans le corps de la chaussée ;
Sous dimensionnement des couches inférieures ;
Manque de compactage du remblai ou couches granulaires ;
Pollution des matériaux du corps de chaussée ;
Insuffisance ou absence du drainage interne.
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Les familles de dégradations
Les déformations: affaissement de rive
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Les familles de dégradations Les déformations: flaches:
Traitement:
Flache de niveau faible : acceptable
Flache de niveau moyen & élevé: reprofilage 97
Les familles de dégradations
Les arrachements: Nids de poule
Désagrégation localisée du revêtement sur toute son épaisseur formant des trous de forme généralement arrondie, au contour bien défini, de taille et de profondeur variables.
Le nid-de-poule est la manifestation finale d’une combinaison de différents problèmes.
Causes probables:
Stade ultime de dégradation notamment le faïençage ;
Faiblesse ponctuelle de la couche de roulement ou de base ;
Insuffisance locale de l’épaisseur de la couche de roulement.
Perte d’intégrité de la couche de la couche de surface par désagrégation et départ de matériaux dus à une mauvaise qualité de l’enrobé, à une pollution par remontée d'argile dans le corps de la chaussée, à une forte perméabilité de la couche de roulement.). 98
Les familles de dégradations
Les arrachements: Nids de poule
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Les familles de dégradations
Les arrachements: Nids de poule
Evolution possible
Augmentation en nombre et taille des trous.
Ruine totale de la chaussée.
Traitement
Intervention d'urgence indépendamment du niveau de sévérité : bouchage avec enrobés à froid ou spéciaux conditionnés ;
Entretien ultérieur programmé si nécessaire : purge superficielle aux enrobés à chaud.
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Les familles de dégradations Les déformations: pelade
Description:
Arrachement par plaques de l’enrobé de la couche de surface.
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Les familles de dégradations Les arrachements: pelade
Causes probables:
Trop faible épaisseur de la couche de roulement (1 à 2 cm) avec collage défectueux (absence ou insuffisance de la couche d'accrochage) qui, sous l'action des efforts horizontaux dus au trafic, se décolle du support.
Evolution possible:
Arrachement progressif de la couche de surface.
Traitement:
Il faut attendre pour voir si la dégradation se généralise.
Si oui, pas d'entretien courant : rabotage sur 6 cm et comblement avec un matériau bitumineux à chaud (BB 0/10) avec application au préalable d’une couche d’accrochage en émulsion ;
Si non, bouchage aux enrobés adaptés précédé d'une couche d'accrochage à l'émulsion.
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Les familles de dégradations Les remontées: ressuage
Description:
Remontée de bitume à la surface du revêtement, accentuée dans les traces de roues.
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Les familles de dégradations Les remontées: ressuage
Causes probables: Fatigue de la chaussée par tassement des couches inférieures dû à un défaut de portance du sol ; Surdosage du bitume. Effet combiné de la température élevée du revêtement et des sollicitations du trafic. Excès de liant d’accrochage. Formulation d’enrobé inadaptée aux sollicitations;
Evolution possible : Ces phénomènes sont aggravés par forte chaleur sous circulation, l'ensemble de la couche de roulement peut être arraché par les véhicules par collage aux pneumatiques.
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Les familles de dégradations Les remontées: ressuage
Traitement: Ressuage de niveau faible : pas d’entretien courant (acceptable) Ressuage de niveau moyen : Réfection par rabotage ; Ressuage de niveau élevé: rabotage des sections affectées et substitution par un enrobés bitumineux. La formulation du nouveau enrobé doit être élaborée de manière à ne pas reproduire la même pathologie.
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Autres dégradations … Voir guide « autopsie de la chaussée » du LCPC en annexe à ce support de cours
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