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Évaluation mécanique des chaussées renforcées par des géosynthétiques - Par : Ehsan Solatiyan, Nicolas Bueche, Michel Vaillancourt, Alan Carter,

Évaluation mécanique des chaussées renforcées par des géosynthétiques


Ehsan Solatiyan
Ehsan Solatiyan Profil de l'auteur(e)
Candidat au doctorat au Département de génie de la construction de l’École de technologie supérieure (ÉTS). Ses intérêts de recherche portent sur le renforcement des chaussées bitumineuses intercouches.

Nicolas Bueche
Professeur au Département d’architecture, bois et génie civil de la Haute école spécialisée bernoise (BFH).

Michel Vaillancourt
Michel Vaillancourt Profil de l'auteur(e)
Professeur au Département de génie de la construction de l’École de technologie supérieure (ÉTS) Ses intérêts de recherche comprennent la géotechnique des chaussées, l’étude des chaussées et la conception.

Alan Carter
Professeur au Département de génie de la construction de l’École de technologie supérieure (ÉTS). Ses intérêts de recherche comprennent les mélanges d’enrobés, enrobé recyclé et fissuration thermique des chaussées souples

Nouvelle chaussée

Achetée sur Istock.com. Droits d’auteur.

RÉSUMÉ:

L’évaluation mécanique en laboratoire de l’incidence du renforcement de couches bitumineuses détériorées par une couche géosynthétique, ceci pour obtenir des intrants rationnels dans les méthodes de dimensionnement des chaussées basées sur la performance, représente un réel défi. Cette complexité a principalement deux origines. D’une part, la préparation d’échantillons et les méthodes d’essais doivent être revues afin de tenir compte de l’effet mécanique de la couche intermédiaire; d’autre part, les résultats issus de ces méthodes doivent refléter fidèlement la réponse obtenue dans des conditions réelles. L’objectif de cet article est de présenter les découvertes relatives à de nouvelles approches portant sur les réactions mécaniques d’un revêtement d’asphalte renforcé et réhabilité. Mots-clés : Enrobé bitumineux renforcé et réhabilité; matériau géosynthétique; réponse mécanique

Évaluer l’efficacité des géosynthétiques : un défi

Les géosynthétiques, grâce à leur grande résistance à la traction et à l’allongement sous les charges, sont des matériaux polymères de plus en plus utilisés à l’interface entre les différentes couches d’une chaussée bitumineuse, ceci dans le but d’améliorer les performances mécaniques [1]. La pose de géosynthétiques sur une surface bitumineuse détériorée, suivie d’une nouvelle couche d’asphalte permettant de retarder la remontée ou réflexion de fissures des sous-couches jusqu’à la surface de la chaussée soumise au trafic, suscite un grand intérêt pour l’ensemble des acteurs du domaine de la construction routière [2-6].
En outre, cette nouvelle technique pourrait potentiellement alléger la responsabilité économique des autorités chargées de l’entretien des chaussées indispensables au maintien du service pour les usagers. Toutefois, une utilisation généralisée de ces matériaux de renforcement nécessite d’acquérir préalablement une connaissance approfondie de la réponse mécanique d’un système renforcé avec des géosynthétiques. 

Aussi, la plupart des méthodes et leurs équipements d’essai associés pour évaluer la réponse mécanique d’un revêtement d’asphalte sont conçus pour un seul type de matériau. En présence de plusieurs matériaux, comme dans le cas d’une structure renforcée, il est alors primordial de tenir compte de l’interaction entre les couches tout en évaluant la réponse mécanique de l’ensemble du système.

Chaussée fissurée

Chaussée fissurée

Différents matériaux géosynthétiques sont offerts sur le marché. En matière de revêtement de chaussée, la capacité de la géogrille, du géotextile ou de la géomembrane (combinaison de géogrille et de géotextile) à renforcer un système de chaussée est bien documentée dans la littérature [1]. Cependant, chacun de ces produits joue un rôle précis au sein de la structure de la chaussée, nécessitant par conséquent différentes méthodes d’essai pour déterminer leurs éventuelles contributions s mécaniques.

Enfin, il convient de souligner que la pratique actuelle relative à la conception structurelle d’un système de chaussée ne tient pas compte des effets mécaniques du produit de revêtement [7]. Ce manque est dû à l’absence de méthodes d’essai et de calculs fiables permettant de quantifier de manière optimale les changements mécaniques d’un système avec renforcement par géosynthétique.

Dispositifs d’essai et résultats

Dans cette section, nous examinons les nouvelles approches dans le but de quantifier les effets mécaniques des géotextiles positionnés entre deux couches distinctes d’enrobé bitumineux. Pour faire ressortir les différences, nous comparons les résultats obtenus à la méthode traditionnelle de réhabilitation soit un nouveau revêtement d’asphalte posé sur la couche fissurée existante avec à l’interface une couche mince d’accrochage (fine émulsion d’asphalte servant à assurer l’adhérence entre les couches). 

Comme déjà mentionné, l’insertion de matériaux géosynthétiques entre les couches bitumineuses a principalement pour objectif de retarder la remontée des fissures et des discontinuités de la couche inférieure jusqu’à la surface du nouveau revêtement d’asphalte, et à imperméabiliser le système contre la percolation de l’eau. Pour simuler en laboratoire le phénomène de fissuration dans une structure bicouche, l’essai de flexion en 3 points (3-PBT) a été modifié en utilisant un échantillon cylindrique entaillé, surmonté d’une plaque droite et posé sur deux rouleaux, comme l’illustre la figure 1.

montage pour test de fissure à 3 points


Figure 1. Essai 3-PBT modifié : (a) conception schématique ; (b) montage de l’essai

Dans une deuxième phase, nous avons reproduit la phase de propagation des fissures causées par des écarts de température au moyen d’un nouveau dispositif d’élargissement des fissures (crack-widening device, CWD), qui permet d’évaluer la résistance du système aux fissures de diverses largeurs. La figure 2 est une représentation schématique du CWD. Nous avons quantifié l’amélioration de la propriété anti-réflexion du système en définissant un indice de résistance aux fissures, qui est en réalité la pente de la courbe force-déformation obtenue lors de l’étape de propagation des fissures. Comme le montre la figure 3, la structure renforcée pourrait alors améliorer de 40 % en moyenne la propriété anti-réflexion du système.

appareil pour élargir les craques dans le matériaux


Figure 2. Dispositif d’élargissement des fissures (CWD) : (a) conception schématique ; (b) montage de l’essai (adapté de [8])

Gain en force par l'ajout de géosynthétiques


Figure 3. Courbes force-déformation pour : (a) structure renforcée avec textile de pavage ; (b) structure non renforcée (adapté de [8])

En outre, afin d’évaluer l’étanchéité de la structure renforcée selon différentes largeurs de fissures remontant à la surface, nous avons également conçu une méthode accélérée d’essai permettant de quantifier la perméabilité à l’eau, méthode dont le principe consiste à faciliter le mouvement de l’eau dans un milieu à faible teneur en vides d’air qui pourrait par exemple être représenté par un mélange d’asphalte. La figure 4 présente le mécanisme d’essai en détail.

Montage pour test l'étanchéité dans un vide d'eau


Figure 4. Appareil de perméabilité à l’eau (WVPD) : (a) conception de l’essai ; (b) montage de l’essai

Les résultats obtenus avec cet essai révèlent notamment que la structure renforcée peut conserver suffisamment d’imperméabilité à différentes largeurs de fissures, ceci par rapport à la structure non renforcée de référence, qui se montre davantage perméable à la suite de la remontée de fissures.

Conclusions

Cette étude a servi à évaluer l’apport sur le comportement mécanique des chaussées de matériaux géosynthétiques positionnés entre les couches bitumineuses. Les résultats ont démontré que le système renforcé peut conserver son intégrité structurelle, ceci même en présence de fissures larges dans la couche sous-jacente. En outre, les fissures ayant remonté de la couche inférieure à la surface de la chaussée au sein de systèmes renforcés étaient trois fois moins larges que celles propagées dans les mêmes systèmes sans renforcement. La capacité des matériaux géosynthétiques à retarder les fissures de réflexion est donc démontrée. De plus, les systèmes renforcés ont montré un grand potentiel de résistance aux mouvements de l’eau (imperméabilité), même en méthodes d’essais accélérés, ceci comparativement aux systèmes non renforcés. 

Information supplémentaire

Pour plus d’informations sur cette recherche, veuillez lire l’article de recherche suivant :

Solatiyan E, Bueche N, Vaillancourt M, Carter A, (2020) Permeability and mechanical property measurements of reinforced asphalt overlay with paving fabrics using novel approaches. Materials and Structures, 53(1), pp.1-15.

Ehsan Solatiyan

Profil de l'auteur(e)

Candidat au doctorat au Département de génie de la construction de l’École de technologie supérieure (ÉTS). Ses intérêts de recherche portent sur le renforcement des chaussées bitumineuses intercouches.

Programme : Génie de la construction 

Laboratoires de recherche : LCMB – Laboratoire sur les chaussées et matériaux bitumineux 

Profil de l'auteur(e)

Nicolas Bueche

Profil de l'auteur(e)

Professeur au Département d’architecture, bois et génie civil de la Haute école spécialisée bernoise (BFH).

Profil de l'auteur(e)

Michel Vaillancourt

Profil de l'auteur(e)

Professeur au Département de génie de la construction de l’École de technologie supérieure (ÉTS) Ses intérêts de recherche comprennent la géotechnique des chaussées, l’étude des chaussées et la conception.

Programme : Génie de la construction 

Laboratoires de recherche : LCMB – Laboratoire sur les chaussées et matériaux bitumineux 

Profil de l'auteur(e)

Alan Carter

Profil de l'auteur(e)

Professeur au Département de génie de la construction de l’École de technologie supérieure (ÉTS). Ses intérêts de recherche comprennent les mélanges d’enrobés, enrobé recyclé et fissuration thermique des chaussées souples

Programme : Génie de la construction 

Laboratoires de recherche : LCMB – Laboratoire sur les chaussées et matériaux bitumineux 

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