Applicabilité des enrobés drainants sur les ouvrages d'art · Certaines réserves sont apparues concernant la mise en place de revêtements en enrobé drainant sur les ouvrages

Patrick Rychen Applicabilité des drainants sur les ponts

Ingénieur Civil diplômé EPF Assistant-Doctorant au Laboratoire des voies de circulation (LAVOC) à l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) dans le domaine de la réalisation et de la maintenance des voies de circulation.

Applicabilité des enrobés drainants sur les ouvrages d'art Certaines réserves sont apparues concernant la mise en place de revêtements en enrobé drainant sur les ouvrages d'art du réseau des routes nationales suisses. La susceptibilité supposée accrue de ces ouvrages aux variations de température a été l'élément principal entravant l'application de l'enrobé drainant en surface des ponts. Néanmoins, l'emploi d'un revêtement drainant sur un pont peut se justifier pour maintenir la sécurité du trafic lorsque la chaussée est mouillée ou pour des raisons de réduction du bruit. L'objectif de la présente étude a été d'évaluer l'applicabilité de l'enrobé drainant sur les ouvrages d'art en analysant le comportement hivernal du pont sur l'Arnon situé sur le km 10.050 de l'autoroute A5, ainsi que son écoulement d’eau de surface. Plusieurs sondes de mesure de température ont été installées à diverses profondeurs sur et dans le pont ainsi que dans la partie hors pont. Un appareil de mesure du rayonnement solaire et infrarouge a été installé sur un portique à proximité du pont en plus des sondes actives de surface induisant le déclenchement des alarmes lors d'un risque de gel. Les données ont été récoltées pendant deux hivers et utilisées dans un outil de modélisation prédisant l'évolution des températures de surface dans des situations extrêmes à partir des événements réels observés. L'emploi de cet outil a permis d'analyser un éventail de situations particulières.

Journée Technique LAVOC – 1er septembre 2009



RYCHEN Patrick

Laboratoire des voies de circulation (LAVOC)

Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)

Journée Technique LAVOC 2009

Applicabilité des enrobés drainantssur les ouvrages d'art

Journé

e Techniqu

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Table des matières

• Objectifs de la recherche

• Méthodologie

• Etat de l’art

• Comportement hivernal

• Ecoulement des eaux de surface

• Conclusions



Journé

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Table des matières


• Méthodologie

• Etat de l’art



• Conclusions

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Objectifs de la recherche

• Avantages des couches de roulement en enrobés drainants :– Amélioration de la sécurité routière sur chaussée mouillée

– Réduction des émissions sonores

• Réticences quant à l'emploi des enrobés drainants sur les ouvragesd'art :

– Entretien hivernal (salage moins efficace)

– Susceptibilité des ouvrages aux variations de température

– Joints de chaussée (résurgences d’eau)

• Application sur les ouvrages d’art justifiée :– Maintien d’un système cohérent et continu du revêtement

• Objectifs du projet de recherche :– Evaluation de l'applicabilité de l'enrobé drainant sur les ouvrages

d'art (comportement hivernal, écoulement des eaux de surface, etc.)



Journé

e Techniqu

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Table des matières


• Méthodologie

• Etat de l’art



• Conclusions

Journé

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Méthodologie

• Etape 1 – Etat de l'art :– Recherche littérature

– Contacts et enquête auprès de professionnels de la route

– Analyse des statistiques d'accidents

• Etape 2 – Comportement hivernal :– Instrumentation du pont sur l’Arnon et partie hors pont (A5)

– Collecte des données pour l’analyse du comportement hivernal (A5 et A9) lors des hivers 2005/2006 et 2006/2007

– Evaluation du comportement hivernal

– Mise au point d’un outil de modélisation du comportement hivernal

• Etape 3 – Ecoulement des eaux de surface :– Instrumentation du pont sur l’Arnon et partie hors pont (A5)

– Essais d’arrosage in situ & essai de perméabilité en labo

– Evaluation de l’écoulement des eaux de surface



Journé

e Techniqu

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Table des matières


• Méthodologie

• Etat de l’art



• Conclusions

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Expériences nationales et internationales

• Observations particulières lors de périodes hivernales :– Sensibilité thermique accrue : apparition précoce de verglas,

apparition plus fréquente de givre, températures extrêmes plus importantes, etc.

– Entretien hivernal plus délicat à équivalent

– Salage (préventif) moins efficace que sur enrobé traditionnel

– Enneigement plus marqué au début des précipitations et, lors de la fonte

• Observations lors de fortes pluies :– Risque d’aquaplaning fortement réduit, meilleure adhérence,

absence de projections d’eau, visibilité accrue, diminution de ces phénomènes avec l’âge du revêtement, etc.

• Autres :– Problèmes pour ouvrages en courbes (sollicitations tangentielles)



Journé

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Accidentologie

• Analyse des données d’accident du réseau des routes nationales ducanton de Vaud lors des périodes hivernales 1994/1995 à2004/2005

• Analyse pour différents états de la chaussée : route sèche, humide,mouillée, enneigée ou verglacée

• Analyse des accidents sur ouvrages d’art

• Comparaison avant‐après mise en place d’un enrobé drainant

• Calcul du taux d’accident selon norme SN 640 009a "Accidents dela circulation routière ‐ Localisation et classement de points noirs"

Journé

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Accidentologie

• Vaud – A9 – 1995‐2004 – km 46 à 58 :

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

46 48 50 52 54 56 58

km

Route sèche Route humide Route mouillée Route enneigéeRoute verglacée Neige fondante Pont

LAUSANNE

Grande-Eau Raffineries Avançon

VEVEY

96

98

0199 96

199819981995



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Accidentologie

• Conclusions de l’accidentologie :– Très peu d’accidents sur les ouvrages d’art dans des conditions

jugées problématiques quel que soit le type de revêtement

– Aucune différence nette entre le nombre d’accidents avant et après la mise en place de l’enrobé drainant

– Accidents sur route verglacée ou enneigée dus à d’autres facteurs que le type de revêtement (tracé, type de pont, etc.)

– Diminution du nombre d’accident sur chaussée mouillée en enrobé drainant par rapport à un enrobé traditionnel

Journé

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Table des matières


• Méthodologie

• Etat de l’art



• Conclusions



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Arnon

Ardon

Modélisation

Comportement hivernal• Analyse du comportement hivernal à l’aide de deux sitesinstrumentés et de la modélisation :

– Pont sur l’Arnon (A5) :• Comparaison enrobé drainant (PA11) sur ouvrage d’art – enrobé drainant (PA11) sur remblai

– Autoroute A9 à Ardon• Comparaison enrobé drainant sur remblai – enrobé traditionnel sur remblai

– Modélisation• Comparaison générale

Ouvraged’art

Remblai

Enrobé drainant

Enrobétraditionnel

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Pont sur l’Arnon (A5)

• Situation :– A5 Yverdon‐les‐Bains –

Neuchâtel

– Pont sur le cours d’eau Arnon, près de Champagne

– km 10.000 pour mesures sur pont et sur remblai

– km 11.040 pour mesures rayonnement solaire

km 10.000 km 11.040



Journé

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Pont sur l’Arnon (A5)• Instrumentation :

Mât Boschung (Instrument. météo)

Pt100 ARCTIS

BOSO

Portique (Radiomètre)

+ Station météorologique Mathod VD

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Analyse du comportement hivernal

• Période d’analyse :– Hiver 2005/2006 (à partir de 01.01.05) => hiver très froid

– Hiver 2006/2007 => hiver doux

• Analyse des données météorologiques récoltées

• Analyse des alarmes utilisée par les centres d’entretien

• Analyse de certains événements ordinaires et spéciaux



Journé

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• Comparaison entre les températures de surface pont‐remblai :– Température moyenne de la surface

5.8

9.6

6.2

10.2

0

2

4

6

8

10

12

14

2005/2006 2006/2007

Tempé

rature

[°C]

Pont Remblai

+ 0.4°C

+ 0.6°C

Journé

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• Comparaison entre les températures de surface pont‐remblai :– Durée pour laquelle la température de surface est inférieure à 0 °C

760.5

342.2

681.3

224.3

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

2005/2006 2006/2007

Durée

[h]

Pont Remblai

+ 11.6 %

+ 52.5 %



Journé

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• Comparaison entre les états de chaussées pont‐remblai :– Durée pour laquelle la surface est humide/mouillée

929.0

638.0

1085.2

728.7

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

2005/2006 2006/2007

Durée

[h]

Pont Remblai

+ 16.8 %

+ 14.2 %

Journé

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20

Pont Remblai

× 1.14

Analyse du comportement hivernal• Journées présentant des situations d'alarme 1 :

Pont Remblai

× 1.5

Hiver 05/06

Hiver 06/07



Journé

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Analyse du comportement hivernal• Evénement 1 – Nuit du 12 au 13 décembre 2006 :

– Tsurface pont < Tsurface remblai

– Chaussée humide sur pont sans précipitations

– Ciel dégagé pendant la nuit et vent très faible et régulier

‐20

‐15

‐10

‐5

0

5

10

15

20

Tempé

rature

[°C]

Température de l'air Température de surface (pont) Température de surface (remblai) TGT

A1 ‐ pont

A2 ‐ pont

A1 ‐ remblai

A3 ‐ pont

Vent : 1 m/s Vent : 2.5 m/s

100W/m2

Rayon. solaire :230 W/m2

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• Conclusions de l’analyse du comportement hivernal de la planched’essai sur l’A5 :

– La température moyenne de surface du pont est inférieure à la température moyenne de surface sur remblai

– Lors de périodes froides, la température de surface du pont est toujours plus faible que celle du remblai

– Lors de périodes plus chaudes, la température de surface du pont peut être plus élevée que celle du remblai, principalement lors de périodes fortement ensoleillées

– La différence de température entre la surface du pont et la surface du remblai est d’autant plus marquée pour des valeurs négatives extrêmes de la température de l'air

– L'état de la surface de la partie hors pont est plus souvent "mouillé" ou "humide" que la surface du pont

– L’analyse des situations d’alarme indique certains phénomènes contradictoires d’un hiver à l’autre

– L’analyse des événements particuliers ne permet pas d'affirmer qu'il existe un risque accru sur pont ou sur remblai



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Autoroute A9 à Ardon

• Situation : Autoroute A9, tronçon Riddes – Sion, près d’Ardon

• Historique : En 2002, remplacement enrobé traditionnel (AC) parenrobé drainant (PA)

• Instrumentation (mesures depuis 1992) :– Température de l’air

– Humidité relative

– Température de la chaussée à 50, 100, 200, 300 et 350 mm

– Rayonnement solaire et infrarouge

• Objectifs :– Recherche de conditions météorologiques identiques avant‐après

changement revêtement

=> comparaison enrobé drainant sur remblai – enrobé traditionnel sur remblai

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‐20

‐15

‐10

‐5

0

5

Tempé

rature

[°C]

Température de l'air (1998/1999) Température de surface (1998/1999)


*

**

*

**

* enrobé traditionnel : Journée du 23.11.1998** enrobé drainant : Journée du 13.01.2006

HR moyenne 1998/1999 : 71 %HR moyenne 2005/2006 : 76 %

Ensoleillement moyen pour lesdeux hivers : 145 W/m2

• Exemple d’une comparaison avant‐après :– Période de froid extrême



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Autoroute A9 à Ardon• Exemple d’une comparaison avant‐après :

– Période de froid prolongé

‐10

‐5

0

5

10

Tempé

rature

[°C]



*

**

*

**

* enrobé traditionnel : Période du 25.11.1999 au 02.12.1999** enrobé drainant : Période du 27.01.2007 au 03.01.2007

HR moyenne : 77 % 1999/2000* Ensoleillement moyen : 56 W/m2

HR moyenne : 82 % 2006/2007** Ensoleillement moyen : 72 W/m2

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• Conclusions de la comparaison du comportement hivernal de laplanche d’essai sur l’A9 :

– La susceptibilité thermique de l’enrobé drainant est plus élevée que pour l’enrobé traditionnel

– La température de surface de l’enrobé drainant est plus proche de la température de l’air

– Lors de chutes de température, ou lors de périodes couvertes, l’enrobé drainant se refroidit plus rapidement

– Lors des remontées de température, ou lors de périodes ensoleillées, l’enrobé drainant se réchauffe plus rapidement

– La possibilité d’emmagasiner de la chaleur est très différente pour les deux enrobés



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Modélisation du comportement hivernal

• Analyse générale du comportement hivernal des enrobés drainantset traditionnels sur pont et remblai à l’aide d’ un outil demodélisation

• Etapes : Elaboration, calibration et exploitation d’un modèlenumérique en éléments finis servant à la simulation ducomportement thermique des chaussées sous l’influence desollicitations météorologiques

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• Modélisation d’un événement réel :

‐150

‐100

‐50

0

50

100

150

200

‐6

‐4

‐2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

Rayo

nnem

ent (W/m

2 )

Tempé

rature (°C)

Drainant/Pont Traditionnel/Pont Température de l'air

Drainant/Remblai Traditionnel/Remblai Rayonnement net


Chute de températures plus rapide pour les PA

Réchauffement plus rapide des ponts2‐3h de

différence

Valeurs min plus basses pour les PA

Valeurs max plus élevées pour les PA



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• Modélisation d’un événement fictif :

‐12

‐10

‐8

‐6

‐4

‐2

0

2

4

6

8

10

Tempé

rature (°C)

Drainant/Pont Traditionnel/Pont Drainant/Remblai Traditionnel/Remblai Température de l'air


Chute initiale rapide des températures

1h20min de différence

Chute de températures plus rapide pour les PA

Différences comporte‐ment pont‐remblai

1°C de différence

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• Conclusion de la modélisation du comportement hivernal :– Les enrobés drainants sont plus susceptibles aux variations de la

température de l’air => vitesses de refroidissement/réchauffement plus élevées

– Lors de périodes froides, les températures de surface sont plus faibles sur pont que sur remblai, et ceci aussi bien pour les enrobés drainants que pour les traditionnels

– Sur pont, et en cas de refroidissement rapide de la chaussée, la température en surface de l’enrobé drainant est inférieure par rapport à l’enrobé traditionnel (jusqu’à 2°C)

– Les températures en surface des enrobés drainants et traditionnels sont proches dans le cas :

• d’un brassage important de l’air en contact avec la chaussée (vent fort ou trafic)

• d’évènements de froid prolongé



Journé

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Table des matières


• Méthodologie

• Etat de l’art



• Conclusions

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Essais d’arrosage

• Situation : Autoroute A5, sur et près du pont sur l’Arnon

• Objectifs :– Etude du comportement hydrique de la structure

– Observation qualitative de l'écoulement de l'eau (stagnations, résurgences, ruissellements et évacuation de l'eau de pluie)

– Mise en évidence des écoulements particuliers au droit du joint de liaison du pont

• Campagnes de mesure :– Journée du 26 avril 2005

– Journée du 11 mai 2005



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Essais d’arrosage sur pont

• Journée du 26 avril 2005 :– Test du système d’arrosage / mesure en situation réelle

– Mise en évidence de l’aspect qualitatif de l’écoulement de l’eau dans la structure

– Identification des problèmes de résurgences d’eau au niveau du joint

– Quantification du comportement hydrique de la structure

Joint du pont(km 10.095)

Milieu du pont(km 10.060)

Zone 1 Zone 2VOIE RAPIDE

VOIE NORMALE

VOIE D’ACC.

BAU

Récolte et mesure du débit sortant

déclivité : 1.5%

dévers : 2.5%

NeuchâtelYverdon

Journé

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Essais d’arrosage sur pont

• Résultats essai d’arrosage au droit du joint :

Zone faiblement saturée en amont du joint (sur pont)

Zone fortement saturée en aval du joint (hors pont)



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Essais d’arrosage hors pont• Journée du 11 mai 2005 :

– Arrosage d’un profil en travers type• deux voies• sans la BAU• dévers longitudinal et transversal limités

– Détermination du temps de percolation

– Détermination du débit de saturation de la structure

– Repérage des zones de drainabilité différentes

Zone 3(km 11.200)VOIE RAPIDE

VOIE NORMALE

BAURécolte et mesure du débit sortant

déclivité : ≅ 0.0%

dévers : 2.5%

NeuchâtelYverdon

Essai de percolation(km 11.170)

Journé

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Essais d’arrosage hors pont• Résultats essai de percolation hors pont :

Arrosage linéaire

Profil en travers des résurgences

Premières résurgences



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Essais d’arrosage hors pont

• Résultats essai de saturation hors pont :– Intensité : 27.4 mm/h

5min 15min

30min 53min

Journé

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Essai de perméabilité

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

40.0

0.0 200.0 400.0 600.0 800.0 1000.0 1200.0 1400.0

Déb

it [l/m

in]

Distance au marquage [cm]

Pont Arnon Hors pont

• Résultats essai de perméabilité :



Journé

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Essais d’arrosage et de perméabilité

• Conclusions des essais d’arrosage et de l’essai de perméabilité :– L'écoulement de l'eau n'est pas affecté par le joint de transition du

pont ; Les stagnations et/ou résurgences qui étaient attendues en amont du joint n'ont pas été observées

– La saturation en surface disparaît rapidement à l'arrêt de l'arrosage ; La baisse rapide du débit drainé ne suit pas une loi classique de tarissement théorique d'une source

– La perméabilité du revêtement drainant n'est pas homogène dans le sens transversal

– Les valeurs absolues de perméabilité sont satisfaisantes et n’affectent pas par leur variabilité la qualité drainante de la structure

Journé

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Table des matières


• Méthodologie

• Etat de l’art



• Conclusions



Journé

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Conclusions

• Conclusions générales :– Avantages d’un enrobé drainant sur et hors pont en cas de pluie

(! à la pose du revêtement)– Pas d'accroissement du taux d’accident lors du remplacement d’un

enrobé traditionnel par un enrobé drainant en période hivernale, par contre, diminution de ce taux en période de pluie

– Peu de comportements hivernaux qui distingue nettement la situation d’un enrobé drainant avec un enrobé traditionnel, sous certaines conditions l’un ou l’autre peut évoluer vers un risque hivernal

– Sensibilité accrue du pont aux conditions météorologiques, mais l’enrobé drainant n’accroît pas cette problématique

• Le projet de recherche n’a pas relevé de contrindications formellesà l’application d’un enrobé drainant sur ouvrage d’art, cependant, ila mis en évidence un certain nombre de paramètres

• Les avantages d’un enrobé drainant lors de périodes pluvieusesprédominent sur les inconvénients durant les périodes hivernales

Journé

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Conclusions

• Propositions pratiques :– Procéder à une maintenance hivernale adaptée en agissant

ponctuellement au plus tôt par des interventions de salage répétées sans surdosage en sel

– Dans certains cas, étudier la possibilité de mettre en place une installation automatique de déverglaçage

– Eviter de mettre en place un revêtement drainant sur les chaussées dont le tracé est en courbe/pente prononcée

– Ne pas appliquer un revêtement drainant dans les endroits ou les chaînes à neige sont susceptibles d'être utilisées

– Porter une attention spéciale à l'homogénéité de pose du revêtement drainant durant sa mise en place sur toute la longueur de la chaussée

– Aménager des orifices efficaces dans le joint de dilatation du pont

• Le principe de limitation de l’utilisation des enrobés drainants enaltitude au‐dessus de 600m (SN 640 433a) est à respecter


Journé

e Techniqu

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01/09/2009

43

Fin

Merci pour votre

attention …


Documents

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