Journées Techniques Routes 2013 Nantes – 6 & 7 février 2013 Dégradations hivernales subites : état des travaux de recherche en cours O. Chupin, J.-M. Piau IFSTTAR, département Matériaux et Structures Journées Techniques Routes 2013 Nantes – 6 & 7 février 2013

Contexte Faits Questions Dégradations hivernales subites : état des travaux de recherche en cours 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 ? 2

Deux modes d’étude des mécanismes 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) 3

Facteurs communs au divers retours de terrain 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) 4

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 5

Dégradations hivernales subites : état des travaux de recherche en cours 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) 6

Module complexe sur EB sec et partiellement saturé (70%) Mise en évidence d’un effet significatif du gel BBSG 50/70 vides ~ 8% Isothermes > 0 Isothermes < 0 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 BBSG, vides 8% Grade 35/50 Saturation eau : ~30% et 50% Eprouvettes : H=10cm,Φ=8cm Dispositif expérimental Haut éprouvette cycles 24h de température entre +10 et -10°C Bas éprouvette Température constante +2°C (avec ou sans bain)

Préparation des échantillons Dégradations hivernales subites : état des travaux de recherche en cours Préparation des échantillons 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) 9

Déformations axiales au cours des cycles de gel/dégel : comportement global Stage de G. Bertuit (LR Clermont-Ferrand, 2012) Température thermocouple entre +7 et -5°C Def. axiale EB 50% Amplitude : -500 µdef Def. Axiale EB 30% Amplitude: -750 µdef Def. axiale EB sec Amplitude: -900 µdef 10

Evolution de la déformation axiale (moyennée sur la jauge) en cours de descente du front de gel Extension (~150mdef)  déformation volumique liée à la transformation eau liquide/glace (à masse donnée Vg~1,09Vl) EB 50% EB 30% EB sec Contraction au cours de la descente en T°C

Déformations radiales (mdef) Evolution de la déformation radiale lors : de la descente  « saut » similaire à eaxiale mais plus marqué de la remontée du front de gel  mvt de grande amplitude, effet localisé dans le temps (~30’) et inattendu 1 2 Déformations radiales (mdef) <0 >0 EB sec EB 50%  1 2 ?

Conclusions Effets du gel sur EB (partiellement) saturé notables Dégradations hivernales subites : état des travaux de recherche en cours Conclusions 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…?) 13