MINISTËRE DE L'ËnUlPEMENT

LCPC LABORATOIRE CENTRAL OES PONTS ET CHAUSSeeS

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NOTE D'INFORMATION TECHNIQUE >

JANVIER 1975

Gel et dégel des chaussées

G. ROUQUÈS L. CANIARO Ingénieur des Ponts et Chaussées Ingénieur TPE Département des chaussées du LCPC Département de géotechnique du LCPC

avec la collaboration de MM. E. LEFLAIVE et A. PHILIPPE, Laboratoire central M. BOUTON NET. Laboratoire de Nancy et B. FAURE, Laboratoire de Clermont-Ferrand.

JANVIER 1975

SOMMAIRE

Présentation: R. Sauterey et M. Panet 3

Introduct ion:

Les chaussées pendant l'hiver - Vue d'ensemble du problème 5

Chapitre Comportement des so ls au gel et au dége l 6

Chap itre 2 : 'Comportement rhéologique des matériaux de chaussée et contraintes thermiques 7

Chapitre 3: Comportement mécanique des chaussées au gel-dégel -Evolution sa isonni ère 9

Chapitre 4 : Loi s générales régi ssant la propagation du gel 12

Chapitre 5: Principales constatat ions et vérifications expérimental es 15

Chapitre 6: Comment ca ra ctér iser un hiver 17

Chapitre 7: Comment ca ractéri ser la gélivité d'un so l 20

Chapitre 8: Dimensionnement au gel des chaussées 22

Chapitre 9: L'activité opérationnelle, Barrières de dégel et renfor-cements 25

Annexe: Indices de ge l des périodes de gel des hivers 195 1 à 1969 30

MINISTERE DE L' EO UIP EMENT

Laboratoire Centra l des Ponts et Chaussées, 58 . boulevard Lefebvre 75732 PAR IS CEDEX 15 - Tél. (1) 532·3 1-79 . Télex LCPARI 2036 1 F

R. SAUTEREY Chef du Département des Chaussées Labora toire central des Ponts et Chaussée s

PRÉSENTATION

M. PAN ET Chef du Départ ement de Géotechnique

l aboratoire central des Ponts et Chaussée s

Dans notre pays au climat tempéré, l'hiver est caractérisé par l'apparition de températures négatives, variables naturellement selon les années.

Périodiquement apparaissent des hivers exceptionnels dont la rigueur s'accompagne de graves désagréments pour les hommes, les animaux, les végétaux et les minéraux qui ne sont pas habitués, comme peuvent l'être ceux des pays à climat froid, à ces manifestations.

Les chroniqueurs des temps passés nous ont laissé, de ces hivers exceptionnels, des descrip­tions dont le pittoresque ne doit pas nous faire oublier la tristesse :

Hiver 1302-1303: " Le Doubs, le Rhin et le Rhône furent gelés. En leurs lits, on trouvait morts les gens par angoisse de froid _ "

Hiver 1407-1408: " La Saint-Martin passée, il y eut une telle froidure que nul ne pouvait beso­gner. Le greffier même, bi en qu 'il eut près de lui du feu et une pelette pour empêcher l 'encre de son cornet de geler, voyait l'encre se geler en sa plume de deux ou troi s mots en trois mots, et tant que enregistrer ne pouvait ...

De tout temps également les bâtisseurs avaient remarqué que ces phénomènes de gel pou­vaient entrainer de graves désordres dans leurs constructions de toute nature; l'expression du vocabulaire courant « geler à pierre fendre « en est un signe manifeste.

Depuis le début du XX' siècle, caractérisé par le développement de la route et de la circulation automobile, les techniciens routiers se sont préoccupés des effets, sur les chaussées, de ces phénomènes de gel (et de dégel qui s'ensuit évidemment) .

Si jusqu'à la deuxième guerre mondiale, il apparaissait tout à fait normal d'arrêter tout bonne­ment la circulation des véhicules automobiles pendant les périodes où les chaussées sont en état critique (barrières de dégel), ce la apparait de plus en plus incompatible avec les néces­sités économiques.

L'hiver 1962-1963 a mis clairement en évidence que:

• la mise en place des barri ères de dégel, sur toutes les chaussées susceptibles de connaitre de graves dégradations, entrainerait une paralys ie de la circulation automobile - et notam­ment de tout le trafic poids lourds - tout à fait inacceptable;

• le maintien de cette circulation, sur les itinéraires indispensables, entrainait des dégrada­tions des chaussées dont le coût a pu être évalué à :

- 400 millions de francs sur les routes nationales, - 2 15 millions de francs sur les chemins départementaux, - 125 millions de francs sur les voies communales.

A la suite de cet hiver 1962- 1963, les recherches qui étaient dé jà antérieurement en cours au Laboratoire central e t dans les Laboratoires régionaux furent développées et accélérées.

3

4

Ces recherches:

• ont été entreprises avec la collaboration du CNRS (Laboratoire d'aérothermique de M eudon et Cent re de géomorphologie de Caen) ;

• ont concerné tous les aspects du phénomène, depuis les études théoriques sur la propaga­tion du Iron t de gel iusqu'aux aspects opérationnels (mise en place et levée des barrières de dége l) , en passant naturellement par des expérimentations sur chaussées courantes, sur chaussées expérim entales (Nancy) et en station d'essa is (Caen) ;

• se sont placées sous le double point de vue: connaÎtre le comportement des sols en période de dégel (Dépar tement de géotechnique du LCPC) ,

apprécier les eff ets dans les c118ussées de ce comportement des sols en période de dége l (Département des chaussées du LCPC) .

Actuellement, et bien que subsistent encore un certain nombre de lacunes, l'ensemble des résultats obtenus commence à former un tout cohérent.

Aussi nous a-t-il paru utile de porter à la connaissance des technic iens concernés, sous une form e aussi synthétique que poss ible, cet ensemble de résultats.

Tel est l'obiet de la présente Note d 'in formation technique.

Décembre 1974.

INTRODUCTION

Les chaussées pendant l'hiver: vue d'ensemble du problème

1. Lorsque pendant l'hi ver la température amb iante devient négative, le corps de chaussée se refroidit: un front de gel voisin de l 'isotherme zéro degré C (*) pénètre dans la chaussée. Sa propagation dépend de multiples paramètres. son mécanisme est complexe (voir chapitre 4). Deux cas sont à envisager:

1. Le front de gel finit par se stabiliser dans le corps même de la chaussée qui seu le se trouve donc à une température négative (fig. 1.1). Lorsque la tempé­rature ambiante redevient positive, un front de dégel pénètre dans la chaussée qui comporte alo rs deux isothermes zéro encadrant une zone gelée. Les ca lo­ries provenant de l'atmosphère et du substratum font descendre l'i sotherme zéro supérieur et remonter l'i sotherme zéro inférieur (la remontée de l'i sotherme inférieur est beaucoup plus lente que la descente de l 'isotherme supérieur), Lorsqu'ils se rejoignent la chaussée est entièrement dégelée et n'a guère sub i de dommages ,

Coupe de chaussée

Période de gel Période de dége l

.--1-'--',r:-T---,------------ .---"-i +;."~--,-i +:c'+--+

Front de gel

Profondeur

au jour j + P

Fig, 1,1 - Front de gel se stabi lisant dans le corps de chaussée,

2. Le front de gel traverse l'ensemble du corps de chaussée et pénètre puis se stab ili se dans le sol support , Là, encore, deux cas sont à envi sager (fig. 1.2) :

al le sol est non gélif et il se congèle en masse, sans variation notab le de teneur en eau;

b) le sol est gélif et l'on peut assister à une asp i· ration de l'eau du substratum vers le front de gel, à la formation de lenti lles de glace et à des gonfle­ments, Ces phénomènes sont décrits au chapitre 1, Lors d'un dégel brutal, le so l, ayant aspiré une grande quantité d'eau, peut se retrouver en un état proche de la 1 iquéfact ion et perdre de ce fait une grande partie de sa portance, La chaussée voit son compo r­tement mécanique modifié et se trouve dans une période critique (fig. 1.3 et voir chapitre 3) . Lorsque

1°) Les sols et les matériaux de chaussées ne se congèlent pas exac· temen t à 0 oC, mais legèrement en dessous, Dans tout ce qui suit, par souc i de simplificat ion, on assimilera le front de congélation à l' isotherme 0 oC.

Coupe de chaussée

Période de gel

1 i . + 1 j + 2

\ '\

Front de gel ~

Profondeur

Période de dégel

- l i +n j +p]

~rij)

Tab':,~.,'é, ~ au jour : j + p :

Fig. 1.2. - Front de gel traversan t le corps de chaussée.

Fig. 1.3 . - Chaussées détruites par le gel-dégel.

le dégel est total, les migrations d'eau se font en sens inverse, la teneur en eau décroît et finit par recouvrer sa valeur initi ale avant ge l et le so l reprend sa portance normale, cela au bout d'un temps plus ou moins long su ivant les sols, les quantités d'eau aspirées, etc,

5

Il. Il faut donc que trois cond itions soient simu lta­nément remp lies pour qu'une chaussée puisse souffrir des rigueurs hivernales:

un so l support gé lif,

des pOSS ibilités d'alimentation en eau du so l support,

un froid suffi samment intense pour que le so l support soit atte int, et suff isamment long pour qu'il y ait asp irat ion d'eau.

III. Dans cette note d'information, nous n'aborderons pas les questions relatives à la viabilité hi verna le (sels de déverg laçage , pneus à crampons, etc.) et nous nous limiterons:

~ à décrire les phénomènes physiques (incidence

du ge l et du dégel sur les sols et sur les couches de chaussées, chap itres 1 et 2).

à ana lyse r les mécani smes (comportement méca­nique des st ructures routières, propagation ther­mique, chapitres 3, 4 et 5),

à définir et à quantifier les paramètres impor­tants (comment caractériser un hiver , comment classer un so l , chapitres 6 et 7),

en vue d'aborder le problème du dimensionnement d'une chaussée au gerdégel (chapitre 8).

Un dernier chap itre (9) traite de la surveill ance hiver­nale du réseau routier (pose et dépose des barrières de dége l) et des études de renforcement de chaus­sées soum ises au dége l.

CHAPITRE 1

Comportement des sols au gel et au dégel

1. SOLS GE LIFS ET SOLS NON GELIFS

Les so ls peuvent être classés en deux grandes caté­gor ies suivant leur comportement lors de ieu r congé­lat ion .

1. Les so ls non gélifs se congè lent en masse : la structure du sol et la t eneu r en eau ne var ient guère, cependant un léger gonfl ement dû à l'augmentat ion de volume de l'eau qui se transforme en glace (*) peu t êt re noté, l 'ampleu r du gonflement dépendant du degré de saturati on du sol.

2. Les sols gélifs se congè lent en présentant une modification de structure (formation de lentilles de glace), une augmentation de teneur en eau, et un gonflement important qui ne peut être expliqué par la seule transformation en glace de l'eau initial ement contenue dans le sol avant le début de la congélation.

II. MECANISME DE FORMATION DES LENTILLES DE GLACE

Sans entrer dans toutes les subtilités d'un méca­ni sme très com pl exe, on admet que les lentill es de g lace se forment de la manière suivante:

1. Pour transformer de l 'eau en glace, il faut un double apport de frigori es: le premier sert à amener l'eau à la température de zé ro degré cent igrade, le

( 0) On rappel le que la congé lation d'eau pure en glace s'effectue avec Jne augrnentation de volume d'environ 9 "l •.

6

second à effectuer le changement d'état proprement dit, qui est une réacti on exotherm ique (c'est-à-d ire qu'e ll e consomme des fri gori es ou dégage des calories).

2. Examinons comment le front de gel, arri vé à un certa in niveau du sol , peut se propager. Les frigori es en provenance de l'atmosphère provoquent le refroi­dissement de la zone de so l voisinant l'i sotherme zé ro degré cent igrade et l'amènent à la température de congé lation. Le changement d'état de l'eau en glace débute en consommant les frigories provenant de la surface: l'i sotherme zéro se stab ili se, Au voi­sinage des premiers cri staux de glace qui se form ent , apparaît une dépression de l'eau interst ic iell e, ce qui se traduit par l'étab li ssement d 'un gradient de pres­sion dans la parti e non gelée et d'un écoulement d'eau vers la zone en cou rs de congé lati on. L'eau issue de ce t écoulement se répartit sur le front de congé lat ion, se transforme en glace et donne donc li eu à une ség régati on sous forme de lentill es, en général horizontales. Pendant la formation de la len­tille, les zones de so l env ironnantes perdent ainsi progressivement leur eau qui vient alimenter la lentill e. Il arrive ensu ite un moment où l'eau libre est suffi samment élo ignée de la lentill e pour que les forces de succ ion ne puissent plus vaincre les pertes de charges de l'écoulement d'eau dans les pores du so l. L'a limentation en eau se tarit , la lentill e ne grossit plus, les frigori es en provenance de la surface ne sont plus utili sées à la transformation de l'ea u en glace; la propagation du front de gel redémarre et le ph énomène recommence en créant un peu plus loin L1ne autre lentill e.

III. COMPORTEMENT DES SO LS AU DEGEL

Lorsque survient le dégel, les sols non gé li fs retrou­vent pratiquement leur ten eur en eau de départ et, par conséquent. leurs propriétés initial es. Toutefois. ce rtains sols, bien que non géli fs, peuvent présenter après gel des teneurs en eau très supérieures aux valeurs initia les. C 'est ce qui a é té consta té en labo ratoire su r des sables propres qui arrivent à doub ler leur teneur en eau ini t iale sans gonfl er. En revanche, les so ls gélifs dans lesque ls se sont for­mées les len till es de glace se trouvent à une teneur en eau beaucoup plus élevée qu'au départ et qui peut parfois dépasser la limite de liquidité. En tant que sol de fondation, un so l gélif peut donc au dége l perdre tota lemen t ses qua lités de portance.

IV . FACTEURS LIES A LA FORMATION DES LENTILLES

L' impor tance de l 'accumulation d'eau dans un so l gé li f soumis au ge l. et par su ite la gravité de sa perte de portance, est li ée à trois facteurs principaux:

1. Le caractère plus ou moins gélif du sol lui·même, qui dépend de sa nature, de sa granu lométrie , de sa

densité et de sa teneur en eau. (On examinera au chapitre 7 les critères de gél ivité des so ls.)

2. L'intensité et la durée du gel auquel le sol est soumis: on a en effet pu montrer que le phénomène de formation des lentill es de glace ne peut se pro­duire que si le front de gel se propage suffi sa mment lentement, de manière à lai sser à l'eau libre le temps de se déplacer. Au-de là d'une certai ne vitesse de propagation du front de congé lation, un so l gé lif peut se congeler en masse, d'une manière ana logue il cell e d'un sol non gélif. Un gel peu intense mais long aura donc des conséquences plus néfastes au dégel qu'un gel très brutal mai s bref.

3. Les possibilités d'alimentation en eau du front de gel, qui dépendent de la teneur en eau des zones non ge lées avois inantes et de la distance à laque ll e on trouve de l'eau mobilisable pour réalimenter à leur tour les zones non ge lées. La gé li vité d'un sol de fondat ion se manifestera d'autant moins, toutes choses éga les par aill eurs, que le drainage de la route est p lus efficace . A la limite, un sol très gé li f placé dans des cond iti ons te ll es que sa teneur en eau initi ale so it fa ible et que les migrations d'eau aient été rendues impossibles (enve loppe étanche par exemple) se comportera pratiquement comme un sol non gélif.

CHAPITRE 2

Comportement rhéologique des matériaux de chaussée et contraintes thermiques

1. IN FLUENCE DES VAR IATIONS DE TEMPERATURE

Indépendamment de l'inc idence que peuvent avoir le ge l et le dégel sur le fonctionnement mécanique des structures routières (cet te question sera abordée au chap itre 3), les variations .de température, jour­nali ères ou saisonnières, influencent le comporte­ment des chaussées en :

modifiant le comportement rhéologique des maté­riaux,

créant des champs de contraintes d'or igine ther­mique qui se superposent aux contraintes engen­drées par la circu lat ion routière.

II. COMPORTEMENT RHEOLOGIOUE DES MATERIAUX DE CHAUSSEES

1. Les matériaux bitumineux voient leu rs propri étés mécan iques très sensiblement modifiées par une variation de température en raison de la thermo­viscoé last ic ité du bitume. Toutes choses égales par

ailleurs, il s sont d'autant plus rigid es que leu r tem­pérature est plus basse: par exemple, la r igid ité d'un enrobé bitumineux (à 1 hertz) peut va rier de 10000 bars à 30 "C à plus de 200000 bars à - 10 "C.

On remarquera, et ce la se ra repris dans le cha­pitre 3, que cette augmentation de module due à une chute de température tend dans une certa ine mesure à compenser la perte de portance du sol en période de dégel. par rappor t à ce que sont ces caractéri s­t iques en période normale.

2. Les matériaux traités aux liants hydrauliques ne sont guère influencés dans leur comportement par une faibl esse de la température lorsqu'il s ont fait totalement prise. On notera cependant que la prise de ces matériaux est tota lement mais provisoire­ment bloquée en période fraîche (cela concerne essenti e ll ement le laiti er, les cend res vo lantes et les pouzzo lanes ) ; de plus, on peut constater des phéno­mènes de décohésion ou de foisonnement du maté­r iau lorsqu' il subit la rigueur d'un hi ver en cours de pri se et sans avoir été convenablemen t protégé.

7

3. Les granulats. et ce la est surtout important pour les couches granulai res constituées de matériaux non liés, deviennent cassants et frag il es sou s l'acti on répétée des cyc les de gel-dége l. Lorsqu'il s sont t endres et poreux, il s peuve nt se fracti onner en présence d'ea u.

III. CO NTRAINTES D'ORI GINE THERMIOUE

1. Sous l'effet d'une diminuti on de la température moyenne de la chaussée , les matéri aux t endent à se rétracte r, ce qui provoque l'appariti on de contraintes de tracti on tendant à s 'oppose r au retrait thermique du matériau. Lorsque ces contraintes dépassent la limite de rupture du matéri au, la chaussée se fi ssure t ransve rsa lement. ain si qu'on peut le constater fré­quemment sur les ass ises traitées aux li ants hydrau­liques (f ig. 2. 1). Cette fi ssurati on transversa le d'o ri­gine thermique appa raît après un ou deux hi vers, ma is est souve nt masquée proviso irement par les couches de roulement bi tumineuses (ell e ne doit pas être co nfondue avec la fi ssurati on t ransversa le au jeune âge des graves-c iment dont l'orig ine est le ret ra it de prise du li ant) . On notera cepe ndant que ce rtaines ass ises traitées aux ce ndres volantes-chaux à forte teneur en li ant (environ 15 % ) , ce qui leur assure une bonne rés istance à la tract ion, ne sem­bl en t pas présenter systématiqu ement de fi ssurati on th ermi que transve rsa le.

2. Une répartiti on non uniforme de la t empérature à l'intéri eur de la chaussée introduit une dil atation différenti ell e des couches et tend à modifi er la forme de la stru cture:

forme en ail e pour un gradient négatif en période de ge l (tempé rature plu s élevée en pro fondeur qu'en surface), fo rme en tuil e pour un gradient positif en pé riode de dége l (températu re plu s élevée en surface qu'en profondeur) .

Un gradient thermique même faibl e peut ainsi faire va rier les conditions d 'appui des cou ches de chaussée sur le so l , en en modi f iant le mode de trava il sous le passage des charges . Il semble cepe ndant que ce ph énomène ne so it sensibl e que pour les chaussées en béton de ciment .

3, Le front de ge l ne pénétrant pas uniform ément sous la chaussée ni sous les accotements (l a profon­deur de ge l est généralement plus faible sous les accotements). le gonfl ement du so l de fondati on est différenti el dans un profil en t ravers (fig . 2.2 ), ce qui déforme la chaussée et donne naissance à des co nt raintes . Ce la semble être à l'ori gine de ce rta in s types de fi ssures longitudinales appa raissant en période de ge l.

Gonflement (cm)

4

3

2

Jours de gel

/90

~~:: ~_35 " ~/' ~_20

oL-____ ~=='=-~~~~~1~5 __ ~J Référence avant gel

Fig. 2.2 - Gonfl ements différent iels d'une chaussée soum ise au gel (résu lta ts de la stat ion de ge l de Caen).

Fig. 2.1 - Fissure tra nsversa le de retrait t hermi que (photographi e eff ectuée à l 'a ide du Gerpho sur la sec tion expérimentale n" 5 de la RN 57 - Nancy).

8

CHAPITRE 3

Comportement mécanique des structures au gel-dégel Evolution saisonnière

1. INFLUEN CE DE L'ENVIRONNEMENT

Les rigidités des différentes couches consti· tuant la chaussée ainsi que la portance du sol support peuvent f luctuer notablement en fonction de l 'env ironnement de la chaussée . A l 'aide de la méca· nique des chaussées ( * ). il est possible d'évaluer les conséquences que ce la a sur le fonctionnement de la chaussée et sur les valeurs des contraintes des différentes couches. On fournira de plus des indi ­cations sur la gamme de variat ion de quelques para­mètres c lass iques tels que déflexion, rayon de cour­bure, etc.

Bien entendu, en raison du caractère très schéma­tique de cette approche, les valeurs numériques données dans ce chap itre ne doivent être consi­dérées que comme des ordres de grandeur.

Il . CHOIX DES CARACTER ISTIOUES DU SOL SUPPORT

Nous envisagerons successivement trois structures types de chaussées (traditionnelle, grave-l aitier, grave-bitume) reposant sur un même so l de fondation gélif. La caractér isation de la portance de so l par un module élastique , variab le su ivant la saison, est à double titre délicate:

1. Les relations entre données climatiques et teneur en eau d'un sol d'une part, teneur en eau et portance du sol d'autre part. sont comp lexes et encore mal connues . Les caractéristiques cho isies ic i pour décrire le sol support ne prétendent donc à aucune généralité et ne sont données qu'à titre d'exemple.

2. Le problème est encore plus difficile en ce qui concerne la portance d'un sol gé lif au dégel; pour l'appréhender, on est conduit à faire une distinction entre les carac téristiques intrinsèques et les carac­téristiques d'ensemble in situ de compor tement du sol. a) Les caractéristiques intrinsèques du so l s'appa­rentent à ce ll es d'un liquide; cela entraîne que tout essai sur échantil lon en laboratoire (par exemp le essa i de pOinçonnement) conduit à lui attr ibuer une portance voisine de zéro.

b) Les caractéristiques d'ensemble in situ sont nécessairement différentes et plus élevées, sinon la chaussée s'enfoncera it dans le so l dégelé d'une pro­fondeur éga le à l'épaisseur dégelée, ce qui n'est pas conforme aux constatations. En fait, au cours du dégel, et tant que subsiste une zone non dégelée et donc imperméable, l 'eau libérée par le dégel est empr isonnée et ne peut s'échapper. Cette dernière étant incompress ibl e, on est condu it à penser que la chaussée se comporte comme si ell e reposait sur

un coussin liquide enfermé dans une enve loppe très peu perméable. Cela permet d'expliquer pourquoi le so l dégelé présente in situ un module apparent, mais ce la montre la comp lexi t é du problème; en effet, le module apparent va dépendre de nombreux facteurs et en particulier de la perméabilité des accotements.

Les caractéristiques de portance retenues ici pour le so l support sont présentées dans la figure 3.1.

10

20

30

40

o 1 N D J F M A M J J A S Sol gelé Mois

20000 bar 750

.3 Sol homogène b" il faible teneur en eau

§ 2000 bar Sol homogène

\ 1000 bar Sol dégelé Sol homogêne

100 bar L. :---- 1000 bar ,

'----

Profondeur (cm)

Fig . 3.1 - Exemple d'évolution saisonnière de la portance du so l.

; , , :

III. COMPORTEME~IT D'UNE CHAUSSEE TRADITIONNELLE

1. Les chaussées traditionnelles se composent:

d'une couche de matériaux granulaires non liés, stabil isés mécaniquement et reposant directe­ment sur le so l support.

d'un revêtement superf iciel, en général mince, endu it ou enrobé bitumineux en faible épaisseur.

Le revêtement superticie l a essentie ll ement un rôle de protection et d'imperméabilisation de la chaussée , mais ne joue qu'un rôle mineur dans le fonctionne­ment mécanique de la structure, la répartition des contra intes étant principalement effectuée par la couche granulaire. D'un point de vue mécanique, la caractéristique essent iell e de cette dernière couche est qu'elle n'a pas de module propre, car ell e ne peut guère transmettre les efforts de traction; le module E, qu'on peut lui attribu er est fonction de ce lui El du so l support. Suivant les cas, le rapport E,/E2 de ces modules varie entre 1 et 5 env iron. Le module apparent E, varie donc de la même façon que ce lui du so l support. Il en résulte qu'en période de dégel, toute perte de portance du sol se répercute directement sur celle de la couche granulaire. La figure 3.2 présente les modules cho isis pour décrire une chaussée traditionnelle composée de 5 cm d'en­robés denses et de 30 cm de grave non traitée.

(' ) Cal cul s effectués avec le mod èle ALYZE 3 du LCPC. pour un essieu jume lé type de 13 tonnes .

9

octobre 1 novembre décembre 1 janvier 1 février mars avril mai juin 1 juillet 1 août 1 septerrbre

Enrobés 50000 200000 200000 88 8 60000 50000

denses 00 0 20000 bar bar bar bar 00 0 bar bar

5 cm <Xl" '" Grave 00 0

4 000 20000 20000 00 0 3000 4 000 non traitée .... 0 5000 bar

bar bar bar N bar bar 30 cm

Fig. 3.2 - Evo lut ion saisonnière des modu les choi sis pour une structure tradi tion nell e (5 cm d·enrobés denses + 30 cm de grave non traitée ).

2. En période de gel , on constate (fi g. 3.3) que la déflexion de la chaussée diminue fortement et qu'en reva nche le rayon de courbure augmente. En ra ison de la congéla t ion superfi cie ll e du so l qui lui confère un mod ule é levé, la chaussée es t devenue" ri gide " . L'e nrob é de surface et le so l support so nt peu sol li ­c ités . Au contraire, en période de dége l , la situation est inversée : très forte augmentation de la déflexion, raccourcisse ment relatif vertica l du sol support très important. Le rayon de courbure de la cha ussée devient fai ble (di visé par 4 par rappo rt à la pér iode octobre-novembre), ce qu i peut conduire au poinçon­nement de l 'enrobé dans lequel la contrainte max i·

Mois 0 N 0 J F M A M J J A S 5

1 Déflexion relative

Défl exion de

r- référence 1

57/ 100 mm

0.5 -

0.2

5 - - '--1-Rayon de courbure

Rayon de courbure relatif

de référence 114 m

1 1--

0.5 J 0.2

5 c Contrainte de tract ion Contrain te de

1 r- référence 11 ,7 bar relative dans

l'enrobé

0.5

0.2

RaccourCÎssement vertical re lati f 12

rt du sol support - 10

5 Raccourcissement

r- de référence 1 740 x 10"6

0.5

0. 1 0,05

Fig. 3.3 - Evolution sa isonn ière d'une structure tradi­t ionne lle (5 cm d'enrobés denses + 30 cm de grave non

traitée ).

10

ma le de trac t ion est mult ipliée par 6 par rapport à la période octobre-novembre (d'où la nécess ité des barri ères de dége l évoq uées au chapitre 9).

Une chaussée traditionnelle présente donc une très grande déformabi/i té au dégel.

IV. COMPORTEMENT D'UNE CHAUSSEE EN GRAVE·LA ITIER

Nous envi sageons le cas d'une chaussée co mposée de deux couches de grave-lait ier (1 5 cm en couche de base et 15 Clll en couche de fonda tion) surmontée d'une couche de rou lement en béton bitumÎneux de 8 Clll d·épaisseur. Les mod ules chois is pou r la grave­laiti er sont de 100000 bars pour la couche de fon­dation. 150000 ba rs pour la couc he de base . On constate sur la figure 3.4 que les varia tions de défl exion et de contrainte dans la chaussée sont beaucoup plus faibl es que dans le cas précédent .

L'augm entation de déf lex ion au dége l (8/ 100 mm) reste modé rée par rappor t à la défiexion de réfé­rence (22 / 100 mm). On note cependant qu'en valeur relative, cela correspond à une augmenta tion de près de 40 %. Les var iat ions de la contra in te maximale de traction à la base de la grave- laiti er sont encore plus réduites: + 17 % au dége l (à comparer à celle de l 'enrobé de surface dans le cas de la chaussée traditionne ll e). Cependa nt. en raiso n de l'allure de la courbe de fat igu e de la grave- laitier, l'inc idence de cette var iation de contrainte peut êt re impor­tante su r le nombre de cyc les de cha rg ement que peut supporter le matéri au avant rup tu re par fatigu e ; de plus, à cette augmentation de contrainte engen­drée par l 'affa ibli ssement du so l support s 'ajoutent les contrai ntes de tract ion de retra it therm ique de la chaussée (voir chap itre 2). Le so l support est assez bien protégé pa r la présene:e de la couche r ig ide de grave- laitier. Cependant, au dége l , le raccourcissement ver t ica l relatif du so l peut être mu lt iplié par un fact eur vo isin de 6.

Une chaussée semi-rigide en grave-laitier es t donc peu déformable au dégel, l'augmentation des contraintes dans la grave-laitier restant modérée.

V. COMPORTEMENT D'UNE CHAUSSEE BITUM INEUSE

Nous choisissons une chaussée composée de 6 cm de béton bitumineux , 15 cm de grave-bi tume en couche de base, 15 cm de grave-b itume en couche de fondat ion_ Etant donné que la température du bitume mod if ie considérab lement la rigidité de la

Mois 0 N 0 J F M A M J J A S

30 Déflexion

(1/ 100 mm)

25 -

-22

2O -

15 -"-il -

Contrainte

de traction re lat ive de

la grave.lai tier2

1,5 Contrainte de référence

1 .Il- S,1 bar

0,5 "-iL -

Raccourci ssement

vertical rela tif

du sol WPPOflS

l Raccourcissement 2 de référence

147 x 10-6 1

"-

0,5 1-

0,2 1- -

Fig . 3.4 - Evolution saisonnière d'une structure en grave· lai ti er [8 BB + 15 GL[ B) + 15 GL[F)) .

grave-bitume et du béton bitumineux (vair chapitre 2), l'évolution sa isonni ère du comportem ent de la chaus­sée dépend de deux facte urs qui tend ent à se com­pen ser :

en péri ode de dége l, le corps de chaussée est ri gide et le so l peu porteur,

en période très chaude. le sol est très porteur, alors que la rig idité des couches bitumineuses est relativement faib le .

octobre 1 novembre décembre 1 janvier 1 février

Béton 60000 200 000 200000

bitumineux bar bar bar

6cm

Grave-bitume 30 cm 40000 200000 200000

15 cm GB[BJ bar bar bar + 15 cmGB[FJ

0 N 0 J F M A M J J A S

Déflexion 11/100 mm)

1 40

35

~ 29 1--.~

25 1--

20 '-- "1-15

Rayon de 5 courbure

re latif 2

1 l U

Rayon de courbure de référence 706 m

0,5 -0 ,2

Allongement

re latif de Allongement

tract ion de 2 de référence

la grave·bitume 84 x 10-6

1

0,5 -fJ'--1--

- ""l-0,2 - -Contrainte de

traction relaliv

il la base de 2

la grave·bitume 1,5

~ 1--""L 1--1 1---

Contrainte de référence 4, 1 bar

0 ,5 -

Fig. 3.6 - Evolution saisonn ière d'une structure bitumineuse [6 cm BB + t 5 GB[B) + 15 GB[F)) ,

La figure 3.5 récapitul e les modul es choi sis pour la chaussée aux diverses périodes de l'année. Comme dans le cas de la chaussée en grave-laitier, on remarque (fig. 3.6 ) que les va riations de la déflexion restent faibl es (défl exion comprise entre 25 et 35/ 100 mm). Le rayon de courbure, é levé co mme i l se do it en pé riode de ge l (environ 3000 m). reste légèremen t supéri eur en période de dég el à celui que l'on obtient en octobre-novembre, ce qui peut êt re attribué à la forte rig idité de la grave-bitume

mars avri l mai juin 1

juillet 1 août 1 septerrbre

8~ § 70000 60000 00 20000 bar 00 R bar bar "'''

g~ § 70000 40000 ~Ig 0

bar bar 20000 bar "

Fig . 3.5 - Evolution saisonnière des modules choisis pour une structure bitumineuse [6 cm BB + 15 GB[B) + t5 GB[F)).

11

à basse température. En revanche, toujours à cause de la température, i l diminue nettement en été. On note donc que cette chaussée présente une augmen­tation de déflexion au dégel. une diminution de rayon de courbure en période chaude. En ce qui concerne les efforts induits dans la chaussée , l 'inc i­dence de la t empérature est encore plu s ca ractéri s­tique. Les contraintes de traction les plus élevées sont obtenues au dége l [ + 50 % ). les allongements relatifs à la base de la grave-b itume présentent un max imum en été ( + 30 % ) . Con trairement aux chau s­sées trad iti onnell es et aux chaussées traitées aux li ants hydrau liques pour lesquell es on ne remarque qu'une période défavorable [il s'agit toujours de l 'hiver), les chaussées bitumineuses peuvent en présenter deux: - la prem ière, au dége l , qui se traduit par une

augmentation des contraintes de traction,

la seconde, pendant les fortes chaleurs, qui se traduit pa r une augmentati on de l'allongement rel at if de tract ion de la grave-bitume.

Ces périodes défavorables sont relatives au méca­ni sme de fatigue par traction des couches de chaussée. En ce qui concerne l'orni érage par f luage, la période défavorable se situe en été.

VI. CONCLUSION

Les chaussées à couc hes non traitées présentent une grande déformabilité au dégel. Leu r comporte­ment dépend essenti ellement de la gé livité du so l support. Pour les chaussées à couches traitées, les variations d'indicateurs tels que déflexion, cont ra intes sont en valeur abso lue assez modérées; elles peuvent rés ister mécaniquement à une ce rta ine chute de portance du sol support. On retrouve là une règ le, bien connue en ce qui concerne les chaussées en béton de ci ment : plus la chaussée est rigide, moins elle est sensib le au dégel (à condit ion toute­fo is que son épai sseur soit suffi sante).

CHAPITRE 4

Lois générales régissant la propagation du gel

1. NOTION D'IND ICE DE GEL

Le prob lème de la propagation d'un front de congé­lati on dans une chaussée a été depui s longtemps abordé théo riquement par de nombreux chercheurs. Stefan, Neumann et Portnov en ont fourni des solu­tions part iell es dans le cas d'un mass if homogène; récemment le Laboratoi re d'aéroth erm ique du CNRS a donné une so lution théorique plus généra le; enfin, en 1973, une méthode de ca lcu l numérique a été développée par le Service de mathématiques du LCPC et permet d'étudier la propagation du ge l dans un mass if multi couche soumis à des conditions initi ales de tempéra ture quelconques et à des tem­pératures superfici el les var iables. Ces diverses approches ont toutes mi s en évidence l'importance de la température de surface cumu lée par rapport au temps, qui est connue en technique routière sous le nom d 'indi ce de gel. Ains i que nous le montrerons dans les lignes qui suivent, les lois qui rég issent la propagation du ge l s'expriment simplement en fonc­ti on de l'indi ce de gel en surface de la chaussée.

II. PARAMETRES THERM IOUES DES MATER IAUX DE CHAUSSEE ET DES SOLS

Du seu l point de vue therm ique, un matériau peut être caractérisé par tro is grandeurs.

1. l a conduct ibil ité thermique, qui est d'autant plus grande que la chaleur se propage plus v ite dans le

12

matériau. En règ le générale, les matériaux routiers sont d 'autant plus conducteu rs que leur teneur en vide est plus faible, et donc que leur densité est élevée, et que leur teneur en eau est plus forte.

2, l a capac ité calorifique, qui mesure la quantité de cha leur nécessaire pour faire vari er d'un degré centi­grade la température moyenne de l'unité de vo lume du matériau. Ell e es t d'autant plus grande, toutes choses éga les par ai ll eurs, que la teneur en eau du matériau est plu s élevée.

3. l a chaleur latente volumique de congé lati on, qui mesu re le nombre de frigories nécessaire à la congé­lation de l 'eau contenue dans l 'unité éte volume du matériau. Elle est d 'autant plus grande, toutes choses éga les par ai lleurs, que la teneur en eau est plus élevée.

4. l es t empératures négatives et les fr igories pénè­trent donc dans les chaussées d 'autant moin s vite que:

la chaleur latente volumique est plu s grande,

à conductibilité constante, la ca pac ité ca lorifique est plus grande,

à capacité ca lorifiqu e constante, la conductibi li té therm ique est plus faib le.

NOLIS entrevoyons là deux des procédés qu i per­mettent de lutter thermiquement contre ta propa­gation du ge l dans les chaussées:

ou bien réali se r une barrière isolante à l 'a ide d'un matériau tel que le pol ys tyrène expansé (voi r à ce sujet le chapitre 5l.

ou bien réa li se r un écran the rmique par une couche de capac ité ca lorifiqu e et de chaleur latente de congélation très fortes, dont le refro i­dissement et la congélation consomment une quan tité importante de f r igori es, On peut citer l 'exemp le de chaussées à faib le traf ic (à l'étran­ger) construites sur un empil ement d'écorces gorgées d 'eau _ Mais ce procédé effi cace ne semble guère généralisable !

5_ On conçoit donc que le matériau idéa l se rait ce lui qu i présenterait si multanément une faibl e conduc­tibili té thermique et des fortes capacités calor if iques et chaleur latente de congé lation , tout en conservant des propriétés mécaniques acceptabl es, Ce maté riau idéa l n'ex ist e malheureu sement pa s dans la gamme des maté riaux d 'utilisation rout ière courante, Pour compa rer thermiquement deux matériaux, il faut connaître ces trois paramèt res, Dans cer tains cas (lorsq ue l'éq uati on de la chaleur de Fouri er est app li ­cab le), la conduct ibilité thermique et la capac ité ca lor i fique n'interviennent que par leu r rapport connu sous le nom de dilfusivité thermique: le problème de la propagation du front de gel est alors une questi on de compro mi s entre la diffusivité thermique et la chaleur latente de congé lation _

II I. LOIS GENERALES REG ISSANT LE COMPORTEMENT THERM IOUE DES C HA USSEES ET DES SOLS

1, Profondeur de gel

al Dans un massif homogène non gélif, la profondeur de ge l est proportionn ell e à la racine ca rrée de l ' in­dice de gel de surface (fi g. 4.1) . Si on exprime l 'indice de ge l en degré centigrade X jours et la profondeu r de ge l en cent imètres, on a la relation :

h = A .YI où le coe ffi c ient de proportionnalité A prend la va leur moye nne 5, mai s peu t var ier entre 3 et 10 en fonc­tion des caractéri stiques thermiques du massi f et de sa teneur en eau,

bl Dans un milieu constitué de plusieurs couches, la v itesse de pénét ra tion du gel est différen te dans chaque couche en foncti on de leurs propr iétés ther­miques, de leur teneur en eau et des possibilités d'asp irat ion de l 'eau dans les couches géli ves (fig. 4.2.). On peut cependant montrer que dans une couche donnée, la profondeur de gel var ie linéai re­ment en foncti on de la rac ine ca rrée de l'indice de ge l à la surface. Pour l'ensemble de la structure, la profondeur de ge l est donc reliée à la rac ine carrée de l'indice de ge l par l'i nterméd iaire d'une courbe composée de segments de dro ite . En pratique , compte tenu des nombreux paramètres qui rentrent en jeu, il reste néanmoins difficil e de prévOir avec préc is ion la forme de la courbe! Outre la linéar ité pa r morceaux de la re lation précédente, la seule lo i géné­ral e que nous pouvons énoncer est la sui vante: j'a spiration d'eau et sa congélati on ralenti ssant la progress ion du fron t de ge l, la profondeu r du ge l dans un so l gélif est plus faibl e que dans un sol non gélif de propri étés thermiques et de teneur en eau init iale identiques. Il ne faudra it pas en déduire que, le ge l pénétrant moin s profondément dans le

Profondeur de gel (cm)

75~------1------

50 ~-----/~--__ ~,L1---

25

o~----~~----~----~~----~~~ 100 200 300 400 WC xii

5 10 15 20"fT

Fig. 4 ,1 - Relations entre la profondeur de gel et l' indice de gel dans un massi f homogène: la profondeur de gel dépend linéaireme nt de la racine carrée de l'indice de gel.

o o

1'1 100

10

200

15 Vi 1°C X iP fl

300 1

10 , \, , '\-ri" r\\--- -\::, ---- - --- ---- - --- --- - _.

~, Chaux ,

ciment K;~allx

\- '\, -, chaU~t~~haux ~ cil ,~ent '(

- - - - --~---- ~, - - --- - - - -

--"', - --"1 1

20

30

40

50

60

70

80

90

. Profondeur de, l' Isotherme 0 C (cm)

Fig . 4.2 - Exemple de relat ions li néaires par morceaux entre la profondeur et la raci ne carrée de l'indice de gel

(résultat de la station de ge l de Caen).

premier cas, ses conséquences sur la tenue de la chauss ée so ient moins graves. Par exemp le, dans le cas simplifi cate ur d'une chaussée constituée d'une couche unique d'un matériau bon conducteur et de faibl e teneur en eau placée sur un sol très géli f à forte teneur en eau, on observe (fig , 4.3) :

en prem ière phase, une prog ress ion très rap ide du gel dans la chaussée ell e-même, alors qu'e ll e peut l 'être beaucoup moins dans les accotements,

en seconde phase, une stabili sation du front de ge l immédiatement sous la chaussée, avec forma­tion de lenti ll es de glace et gonflement à la partie supéri eure du sol de fondation gé lif , bi en que, le gel se poursuivant dans l'atmosphère, l 'indice de ge l en su rface continue à croître.

1 ndice de gel t (oC x jours)

250

/ 200

7 150

100 /

50 / a /' 10~ __ -4 ____ ~ ____ +-____ ~--~ 20 \

30 \

\ :: --~~-- ----- ----60 Profondeur de

l'isotherme 0 Oc (cm)

a

de lorme

'0

Mouvements divers dus aux '0",' ''''0'''/ thermiques dans la chaussée et le 1 de fondation

a 5 ..fT (OC X j)' f2

Pénétration du de gel f dans le sol de fondation (sur ace)

Fig. 4.4 - Relation entre le gonf lement du so l et la racine carrée de " indice de gel à la surface de la chaussée. Dès que le gonflement commence, la relation es t l inéaire

(résultat de la station de gel de Caen).

JTlinterface chaussée·sol de fondation)

151--------~-------+--------~------~~~

20 cm

20 cm la 1--------+

Points expérimentaux

Fig . 4.3 - Exempl e de stabili sation du front de gel dans 51--------+--------+ --/-'-------1---------+------1 une couche à forte teneur en eau.

Dans ce cas, la profondeur de ge l se ra à peine supé· riaure à l'épaisseur de la chaussée, mais toutes les conséquences néfastes de la gé livité du sol pourront se manifester.

2. Gonflement

Le gonflement manifesté par un sol gélif [que le front de ge l soit stationnaire comme dans le cas l imite mentionné ci -dessus ou qu'i l progresse lente­ment dans le matériau) est, lui aussi, une fonction linéaire de la racine ca rrée de l 'indice de gel, une foi s que le processus de gonflement a démarré (fig . 4.4 .) . Dans des cond itions expérimentales don­nées, la vitesse du gonflement en fonction de la racine carrée de l'indice de gel est utili sée pour caractériser la gélivité d'un sol [voir chapitre 7).

3. Indice de gel transmis au sol de fondation

L'indice de gel transmis au niveau supérieur du sol de fondation est à doub le titre important:

d'une part, c'est à ce niveau de la structtlre que l'on peut craindre de vOÎr se manifester le phéno­mène de gélivité,

d'autre part, c'est un des paramètres K clef n de la méthode de dimensionnement dont le principe est décrit au chapitre 8.

Il appa raît de plus que la détermination de cet indice de ge l [lsoii en fonction de I"indice de ge l en surface (I surface) est en pratique re lativement simple: comme dans les cas précédents, la re lat ion entre

14

OL-L-L-~~5~-L-L-L~,O~~~-L~1~5-L-L~~2LO-L-L~

..,fT (surface)

Fig . 4.5 - Relation linéaire entre les rac ines carrées des indices de gel en surface de chaussée et à l'interface chaussée·sol support (résultats de la station de gel de

Caen) .

les racines carrées des deux indices peut être repré­sentée avec une excellente approximation par une fonct ion l inéa ire [fig. 4.51.

Les paramètres caractéri sant cette re lation sont :

l'abscisse à l'origine qu i représente l 'indice de ge l en surface nécessa ire pou r que le front de gel atteigne le so l de fondation. Il dépend des caractéristiques de la chaussée (épai sseur en par­ticu l ier) et de la température initiale du massif avant gel.

fa pente de fa droite qui dépend essentie ll ement des caractéristiques therm iques et de l'épaisseur du co rps de chaussée .

Ces paramètres dépendent peu des propriétés ther­miques du sol de fondation [dans la gamme des teneurs en eau des sols gélifs telles. que la gélivité se manifeste) et. de la forme du cycle de gel subi par la chaussée.

CHAPITRE 5

Principales constatations et vérifications expérimentales

Depuis longtemps les Laboratoires des Ponts et Chaussées, et en particulier les points d'appui gel (PAG) de Clermont-Ferrand et de Nancy, effectuent chaque hiver de nombreuses constatat ions sur le réseau routier: recueil de données clim atolog iques , profondeur de gel relevée à l'aide de l'indicateur de profondeur de gel (lPG). propagation thermique à l 'aide de thermocouples implantés dans le corps de chaussée, mesures de déflexion, etc.

De nombreux résultats pratiques ont pu en être tirés et sont cou ramm ent utilisés pour la pose et la dépose des barrières de dégel (vair chap itre 9). Il est cependant apparu rapidement que la vérifi­cation précise des mécanismes fins de propagation du gel ne pouvait être opérée dans les meilleures condit ions que si l'on pouvait maîtriser des para­mètres tels que: températu re, alimentation en eau, etc. Telle est donc l'origine de la station de gel de Caen. En complément, quelques sections expérimen­tales intégrées au réseau routier font l'objet d'un su ivi attentif.

1. STATION DE GEL DE CAEN

l, La Station de gel de Caen ( 0) (fig . 5.1) est consti­tuée par un hangar calorifugé constru it au-dessus d'une fosse dans laquell e a é té mis en place un massif de sol gé lif sur lequel les structures de chaussées à étudier sont réalisées; deux salles annexes abritent, ['une, les groupes frigorifiques, l'autre, les appa reillag es d'enregistrement des me­sures. Le hangar, isolé thermiquement par des pan­neaux de polystyrène expansé, a les dimensions inté· rieures suivantes: 17,80 m de longueur, 7,75 m de largeur et 5 m de hauteur sous plafond. La fosse , de 1,70 m de profondeur, a été rendue étanche à l'eau en développant une membrane plastique de polyéthylène dont la forme épouse ce ll e de la fosse . Au fond de la fosse et au-dessus de la membrane, on a répandu une couche de sable propre dans laquell e est noyé un réseau de tubes perforés per­mettant l'alimentation en eau de la structure.

2. Lors d'une expéri ence (durée moyenne huit à dix mois pour deux cycles de gel-dégel). la structure est soumise à des cyc les de gel-dégel suivant un processus thermique imposé. Des mesures de tempé­ratures sont effectuées périodiquement dans l'air, à la surface et dans le corps de chaussée, dans le sol gélif. On réalise de plus des mesures de pro­fondeur du front de gel, de nivell ement et d'humi­dité dans les structures et le sol de fondation. Des jauges d'extensométrie, placées dans la chaussée. fourni ssent des indications sur le comportement de la structure au dégel.

Les expériences réali sées jusqu'à présent ont per­mis de vérifier les résultats énoncés dans les cha-

(Ol Construite auprès du Centre de géomorphologie du CNRS.

a) Vue générale de la station de gel de Caen (maquette).

b) Vue de détail de l'intérieur de la station. Sur la partie droite de la photo, on distingue les thermocouples et

un indicateur de profondeur de gel. Fig. 5.1

pitres précédents sur des structures constituées de grave 0/40, de grave et sab le- laitier, de grave-bitume et de grave-ciment. reposant sur un limon de Caen (matéri au très gélif) à l 'état naturel ou traité à la chaux et au ciment.

Il . SECTIONS EXPERIMENTALES DE NANCY

1. L'utilisation de couches isolantes interposées dans les structures de chaussées est très peu répandue en France actuellement. Les principales constatations effectuées dans ce domaine concernent les sections expérimentales réalisées sur la RN 57 à Nancy en 1968. Les structures choisies représentées sur la figure 5.2 ont été conçues afin d'étudier le compor­tement aux cycles de ge l-dégel , des assises traitées au laiti er et des matériaux isolants (sections 2 et 3).

La section 5, dite section témoin, est celle qui a été adoptée pour l 'ensemble du dédoublement de la RN 57. Les structures de chaussée reposent sur de

15

Section 1 o

BB b 10 GL 0/25

à 20 % LG 20

et 1 % chaux

30 GL 0/40 à 15 % LG

40 et 1 % chaux

50

60

Sect ion 4

o BB b

10 GL 0/25 à20 % LG

20 et 1 % chaux

30 GC 0/40

40 non trai t ée

50

60

70

Section 2 Section 3

BB b BB b _

GL 0/25 GL 0/25 à 20 % 11 20 % LG el 1 % chaux el 1 % chaU)(

GL 0/40 GL 0/40 à 15 % LG à 15 % LG et 1 % chaux el 1 % chaux LG i T r-rlf2 1 , Polystyrène 1 15 % LG ('" LG 1 ,,'" oh,", 1

Section 5 Sect"on té o in , m

BB b _

GL 0/25 11 20 % LG et 1 % chaux

GC 0/40

à 15 % LG

et 1 % chaux

LG

1 enveloppe ~ee) po lyéthylène

b : enduit b icouche

BB : béton bitumineux

GL : grave laitier

LE : la itier expansé

LG : la itier gra nulé

Ge : grave concassée

Fig. 5.2 - Constitution des cinq st ructures expér imentales.

l 'argi le brune plus ou moins sableuse, moyennement gé li ve; des piézomètres ont mis en évidence une nappe profonde distante de la surface de 10 à 15 m et une nappe superfi cielle dans la zone argileuse.

2. Comme matériaux isolants, on a utilisé:

a) Ou polystyrène expansé qui se présente sous forme de plaques rectangu laires rigides; sa mise en place s 'est effectuée entre deux couches de lait ier gra­nulé pour, d'une part obtenir une surface de pose plane, d'autre part éviter le poinçonnement lors de la réa lisation des couches supérieures.

b) Du laitier expansé 3/ 12 qui, très poreux, ne conse rve ses propriétés isolantes qu'à la condition de ne pas se gorger d'eau, et que l'on a enve loppé

16

Tempéra tu re (OC) - 2 3 5 6 7

.. ~.~.' '"' ''' Structure avec polyllyréne expansé

30 '"' ~ ... ~'-I:~.~ .. 40 ',.~.~~:; Structure . vec I. it ier

50 ........ -.:.~ .. -:-:.::;- F expansé 3112

\. "~"~ -, 60 \ '. \

70 \ \. \

80 \ \, \

90 \. \\ \

100 \ \ \

1tO \. \ \ \ '

t20 \ \, \

"' \ Profondeur (cm) Structure 4 5 1 3

Fig. 5.3 - Variation de la températu re en fonct ion de la profondeur su r les différentes st ructures de la chaussée expérimentale, le 3 fév rier 1971. On remarque nettement l'effet d'isolation apporté par le polystyrène expansé

(structure 2) et le laitier expansé (structure 3).

dans une membrane de polyéthylène de 200 microns d'épaisseur.

3, La fi gu re 5.3 montre que le polystyrène constitue effectivement une exce llente barrière iso lante qui stoppe la propagation du front de ge l. Cependant, l'écran thermique joue à double sens : il empêche les frigori es de se propager vers le bas, il empêche auss i les calories en provenance du sol de fondation de ven ir réchauffer les couches supérieures de la chaussée. Celle-ci se refroidit donc très vite au­dessus du polystyrène (sa température est toujours inféri eure à ce ll es des autres structures) et reste d'ailleurs généralement ge lée bi en après le dégel des autres sect ions expérim entales. Sur la secti on com­portant une couche de laitier expansé, on observe également cet effet d'écran thermique. mais plus atténué que dans le cas du polystyrène.

4. On peut donc noter que ces couches isolantes constituent une protection efficace du so l de fon­dation contre la propagation du ge l, mais qu'elles présentent l' inconvénient de faci li ter le refroidisse­ment de la chaussée, ce qui peut co ntribuer à la formation de verglas.

CHAPITRE 6

Comment caractériser un hiver?

1. DONNEES GENERALES SUR LE CLIM AT FRANÇAIS

En France, le climat se caractérise par une double influence. continentale d'une par t, océanique d'autre part. On distingue généra lement les grands types de climats su ivants:

1. Le climat méd iterranéen bi en dé li mité par les contreforts montagneux qui , des Pyrénées-Ori entales aux Alpes méridionales en pa ssant par le sud du Massi f central, bordent les zones côtières de la mer Méditerranée.

2. l es climats à influence océanique qu i reg roupent sans f rontières bien marquées les climats de plaine

Températures moyennes journalières (' C) 5

10

5

o

./'.. 1'.

ou le relief peu élevé des rég ions s'é tendant du Bass in d'Aquitaine aux pays de la Loi re, à la Bre­tagne. au Bassi n pa'r isien et aux régions du Nord .

3. Le climat continental qui ca ractér ise le nord-est de la France (Ardennes. Alsace, Lorra ine) et dont l'influence s'étend jusqu 'à la Champagne et au bass in de la Saône.

4. l es climats de montagne.

II. PER IODES D'UN HIVER

En généra l , la va ri at ion de température ambiante est assez peu régul ière au cours de l'hiver . La majorité des hive rs présentent une success ion de périodes de

k !A- Î" 1'-\ / f'/"- ~ - 5 / 1'\ ~ "., "- l/ t-'

- 10

- 1 5

- 2 0

Précipitations (mm) 30

25

20

15

10

5

o n r

~

Profondeur atte inte par l'isotherme a ' c (cm) o

10

20

30

40

50

60

70 5 10

\ 1\

15 20 décembre

\ ...... ......

"'" , 25 3i 5

n

~ JL.. 11 h [j Hb

1 \ \ \/

\ ':J •

/\. J

, l , , 10 15 20 25 3r 5 10 15

janvier février

Fig . 6.1. - Péri odes de gel, précipitations et températures sur le CD 10 en 1972·1973.

Il ~ ril I~

, , 20 25 2

,7

~s décembre janvier Mvrier mars Stations 510152025 5 10 152025 510 152025 5 10 152025

Ait. , , , , , , , 380 m

, 1 , 0

1 , =

Ail. , , W 1 700m 1 1 , fi1~ m : 1 , , cj>

, , , , ,

Ait . 1 1 , ,

1 = : H'80 m , 1 = A.Ji , , , q ,

=i==" 1200 m 1 , AIt. 1065 m Ait. 980 m AIt. 950 m

, , : =i='

1 1 , = 1

1 :<= ~: , , , , , , , 1 = , , , , 1 c:b , ='

t=:=:::::J Durée du gel dans les chaus~es

Fig . 6.2 - Péri odes de gel en 1970-1971 dans le Puy-de-Dôme.

gel et de dége l. Les stat istiques (fig. 6. 1, 6.2 ) mon­trent que chaque hiver peut présenter aléatoirement de une à quatre périodes de gel-dégel (ce résultat général ne tient bien entendu pas compte des parti­culari smes dus aux micro-clima ts ). Leur déroulement n'est donc guère prévisible. Par exempl e. , 'hive r 1962-1963 a présenté dans les régions les plus expo­sées (Nord , Nord·Est et Centrel une success ion de trois à quatre périodes de gel d 'intens ité et de durée inéga les : la rep résentation schématique de la figure 6.3 ill ustre ce fait pour les stations météo­rologiques de Nancy, Metz et Strasbourg. S'il est ce rtain que la tro isième période de ge l, qu i fut de loin la plus longue, a contribué pour une bonne part à rendre cet hiver parti culi èrement néfaste. l'occur­rence de plusieurs péri odes de gel rapprochées a certainement é té un facteu r agg ravant .

c:::J Gel

c:::::J Dégel

t .. temps

Tm : Valeur absolue des températures moyennes de gel et de dégel

Fig. 6.3 Périodes de gel de l'hiver 1962-1963 à M etz, Nancy et Strasbourg.

III . PARAMETRES POUVANT CARACTERISER LA RIGUEUR D'UN HIVER

1. La rigueur d'une période de gel doit être carac­térisée par la conjugaison de deux paramètres:

l 'un exprimant l'intensité du froid, l'autre étant fonction de la durée du gel.

Température moyenne et durée du ge l pourraient convenir. Cependant com me l'indice de ge l ( * ) inter­vient comme paramètre fondamental dans l 'expres­sion de la propagation du gel dans les chaussées , il apparaît commode d'utili ser l'indice de ge l et la durée de la période de ge l (fig . 6.4). Par aill eurs, la

{Ol Rappelons que l'Indice de gel est l"i ntégrale chmgée de signe de la température par rapport au temps prise entre l'ir l i ant où la temp€;­rature devient négative et celui où elle redevient posi tive . Pratique­ment. l'indice de gel exprimé en cC x jours apparait sur un diagramme :les températures moyennes journalieres cumulées en fonction du temps : omme la différence d ·ordonnées entre le max imum (début dit gel) et le minimum (fin du gel ·début du dégel ) de la courbe obtenue (f ig. 6.51.

18

Indice de gel (OC x JI

150

o 10 20

Moyens

30

Le Mont-Dore

Clermont-Ferrand (Au lnat)

iii

Fig. 6.4 - Gravité prévisible des dégâts" en fonction de la position de la courbe reliant l'indice de gel à la durée

du gel (diagramme de Kübler). a) si la part ie ascendante de la courbe se termine avant d'atteindre

la ligne " K". la gravi té des dégâts esl inférieure 11 celle Indiquée pour le secteur dans lequel se trouve la courbe.

b) si la courbe passe d·un secteur 11 un autre. la grav it é des dégâts sera ce ll e correspondant au sectcur contenan t la plus longue durée en jours de la parti e ascendante de la courbe.

c) pour chaque hiver . chaque période de ge l est jugée separément. si les périodes de dégel ont été su ffi samment importantes .

Temperatures cumulées

!

/"\

15

1 V\ hl 1 ndice de gel

58,5 {\.

0

) f--

""

f\ Ind ice de gel 24,5

"'-50

1/ 0

, , , , 5 10 15 20 25 31 5 10 15 20 25 31 5 10 15 Dates

Décembre 1971 1 Janvier 1972 ' Février 1972

Fig . 6.5 - Calcul de l'indice de gel.

température étant l'un des premiers paramètres cli­matologiques à avoir fait l'objet d'observations régu­li ères depuis longtemps, l'indi ce de gel permet d'uti­liser les stat istiques existantes pour comparer les périodes de gel écou lées sur un large éventai l d'années. Il faut néanmoins remarquer que l'indice de gel ne peut caractériser qu'une période de gel considérée isolément et non, sauf cas exceptionnel. un hiver entier.

2. Profondeur de gel

Nous avons précédemment mentionné que la pré­vision de la profondeur de ge l n'est pas aisée. Elle peut, en effet, considérablement varier selon la struc­ture de la chaussée, la nature du sol , sa teneur en eau, sa compacité, son degré de gélivité. etc. Une bonne connaissance de sites semblables et une certaine expérience loca le permettent cependant de la prévoir significativement. Sa simplicité de mesure et d'emploi fait cependant que beaucoup d'ingénieurs l'utilisent comme paramètre de rigueur de l 'hiver dans le dimensionnement des chaussées. Ell e est de plus un moyen pratique pour organiser les cam­pagnes de survei llance hivernale et de protection du réseau routier. Nous noterons enfin que, s'il est possible de l'utiliser dans le dimensionnement des chaussées, elle ne caractérise pas la rigueur de l'hiver intrinsèquement mais par le biais de la pro­pagation du front de ge l à travers une structure.

IV. LES DEUX PRINCIPAUX TYPES D'HIVER EN FRANCE

1. le dépouillement des températures fournies par les stations météorologiques a permis de déterminer les indices de gel de toutes les périodes de ge l observées depuis vingt ans pour 75 stations, depuiS un sièc le pour Clermont-Ferrand (VOir tableaux en annexe).

2. loi de répartition en fréquence des hivers

L'analyse de ces données montre d'abord une très grande diversité dans le déroulement des hivers et dans l 'intensité des différentes périodes de froid. Un même lieu (C lermont-Ferrand par exemple) peut connaître des hivers:

- comportant une période de ge l d'indice supérieur à 200,

- comportant de une à quatre périodes de gel d'in­dices variant entre 10 et 70,

- ne comportant aucune période de gel, cette cir­constance pouvant même se produire lors de deux hivers consécutifs.

Cette dispersion dans la répartition des périodes de gel pendant chaque hiver montre l'intérêt d'un examen détaillé des données statistiques, ce qui implique de distinguer l 'étude globale des hivers et ce lle des périodes de gel cons idérées individuelle­ment. Dans ce qui suit, chaque hiver est caractérisé par sa période de gel la plus intense. Cette caracté­risation n'est pas entièrement suffisante, puisque nous avons vu que des périodes de ge l consécutives, même relativement éloignées dans le temps, ont des effets qui ne sont pas totalement indépendants. mais l'éva luation de ces effets cumu latifs entre plusieurs périodes de ge l est très difficile à préciser et on ne sait pas l'apprécier de façon rigoureuse.

En ne considérant donc que les périodes de gel les plus intenses de chaque hiver, on constate que les indices de gel de ces périodes se répartissent en chaque li eu se lon une loi de fréquence assez régu­lière, certaines périodes de gel faisant cependant exception à cette loi en présentant des indices de ge l très élevés; à titre d'exemple, l'hi stogramme en fréquence des ind ices de gel à Nancy entre 1945 et 1969 (fig. 6.6) montre que les indices de ge l supérieurs à 250 oC X jours ne suivent pas la même loi que les indices inférieurs à 150 oC X jours. Cette notion statistique a permis de définir deux caté­gor ies d 'hivers.

Nombre d'apparitions en 25 ans

-8

6

l-

I-

2

-"

1 1 1 o 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325

Indice de gel

Fig . 6.6 - Fréquence d'apparition des indices de gel les plus intenses de chaque hiver, entre 1945 et 1969 à Nancy.

3. Hivers exceptionnels

Au cours du sièc le écou lé, cinq hivers se distinguent nettement par des périodes de gel excessivement longues à indices de gel très élevés. Ce sont les hivers 1879·1880, 1916·1917, 1940-1941 , 1955-1956 et enfin 1962-1963. Il s 'agit en quelque sorte d'hivers exceptionnels dont la fréquence semble être de l'ordre de vingt ans (mais la statistique ne porte pas sur une période suffisamment longue pour que l'on en soit certain).

4_ Hivers courants

Les autres hivers, c'est·à·dire ceux qui ne corn· portent pas de période exceptionnell e au sens pré­cédemment défini, sont appelés par opposition hivers courants. On indique ci-dessous pour quelques villes importantes, l'indice de ge l le plus élevé pouvant se rencontrer au cours d'un tel hiver:

Marignane Bordeaux Le Mans Lille, Paris Clermont-Ferrand Strasbourg

25 oC X jours 50 oC X jours 75 oC X jours

100 oC X jours 150 oC X jours 200 oC X jours

Cependant, ces hivers présentent encore une grande diversité dans le nombre des périodes de gel qui les composent et dans l'intensité de ces périodes. L'exa­men des données relatives aux stat ions météorolo­giques figurant en annexe de ce texte permet d'esti­mer approx imativement les indices de gel les plus élevés ou les plus fréquents auxquels on peut

19

s'attendre pour chacune de ces stati ons en hiver courant. 11 est à noter que la transposi ti on de ces valeurs à un site donné doit ten i r compte de l'alti ­tude du site par rapport à cel le de la stat ion ou des stations les plus proches et éventuellement des micro-c limats.

V . REMAROUES

En conc lusion de ce chapitre, il nous sembl e util e de souli gner que:

1. Une attention parti culière doit être apportée au fai t qu'une deuxième période de ge l est bien sou­ve nt. même à indice de ge l plus faibl e, plus nocive que ce ll e qui l 'a précédée,

2. La nociv ité d'un hiver dépend également des condi­t ions météorologiques de l'été et de l'automne qui le précèdent, un déf icit du bilan hyd ri que étant par exemple un facteur favorab le pour la tenue des chaussées au ge l-dége l (facteu r malheureusement aléatoire et non maîtrisable).

CHAPITRE 7

Comment caractériser la gélivité des sols?

De nombreux critères de gé l ivité des so ls ont été é laborés dans divers pays. Nous nous bornerons à rappeler les plus utili sés en France et à présenter les principes généraux d 'une nouve lle c lass if icat ion.

1. SOLS NON GE LIFS ET GELIFS

l , Rappel de la définition

Les so ls non gé lifs se congè lent en masse, sans vari ation de structure. Les sols gélifs présentent à la congélation une mod ifica tion de structu re (feuill etage par les lentill es de glace l. une augmentation de la teneu r en eau et un gonflement important.

2. Les sols non gélifs apparti ennent pour la plupart à la ca tégori e des so ls grenus, t els les sab les et les graviers, mais on renco ntre éga lement des sols non gé lifs de perméabi li té très faibl e,

3. Les sols gélifs , d'une manière générale, son t des sols à f ine granularité, à caractère argil eux fa ibl e ou modéré. Les limons, les loess, les ca lca ires mar­neux, les craies, les so ls d'altérat ion tels les sables argi leux ou gréseux et les arènes granitiqu es sont des so ls géli fs.

Il , CR ITERE ET CLASS IFI CATI ON DE CASAGRANDE

C'est probabl ement le cri tère le plus universellement connu et il se distingue par sa simpl ic ité: son énoncé est le su ivant:

- les sols à granu larité étalée (Cu (') < 5) sont gé lifs s'il s conti ennent plus de 3 % en po ids d'éléments inféri eurs à 0,02 mm,

- les so ls à granu larité serrée (Cu (') > 5) sont gé lifs s' il s conti ennent plu s de 10 % en poids d'él éments inféri eurs à 0,02. mm.

2n

La distinct ion entre sols gélifs et non gé lifs se fa it donc d'après leur seule granu larité, et l'appl ication bruta le du cr itère de Casag rande aux so ls français condu it à éliminer beaucoup de sols qui, à l'expé­rience, n'ont jamais causé de désagréments.

III. CLASS IFI CATION USCE (US CORPS OF ENG IN EERS )

Cette c lassification est plus élabo rée que la prece­dente et range les sols en quatre ca tégori es F 1 à F 4 par ordre de gélivité croissante.

F 1 sols graveleux contenant 3 à 10 % en pOids d'éléments inférieurs à 0,02 mm.

F 2 (a) so ls grave leux contenant entre 10 et 20 % en poid s d'é léments inféri eurs à 0,02 mm,

(b) sab le contenant entre 3 et 15 % en poids d'éléments inférieurs à 0,02 mm.

F 3 . (a) sols graveleux contenant plus de 20 % en en pO ids d'éléments inféri eurs à 0,02 mm,

(b) sabl es contenant plus de 15 % en pOids d'éléments inférieurs à 0,02 mm , à l'exception des sa bl es limoneux très fins ,

(c) arg il es d'indice de plasti cité supérieur à 12,

F 4 . (a) tous les limons,

(b) sab les limoneux t res fi ns contenant plus de 15 % en poids d'éléments inférieurs à 0,02 mm,

(c) argi les d'indice de plasticité inféri eur à 12, {dl au tres sédiments à granularité fin e.

l ' 1 cu est le coeHi cient d'unlformi t é défini par : O.

Cu = - . où D"" et 0 ln sont les dimensions auxquelles sont Infé r ieur! 0 ,.

en poids respectivement 60 % et 10 ~G des grains .

Gonflement (mm)

2o T---------~--------~---------~AI----------+_--------4_--------_1--------__1

Argile brune RN 39<1 .' .--

o 5 10 15 20 25 30

Fig . 7. 1 - Classification 'des sols gélifs: ré sultats de l'essai de gonflement.

Etablie pour les so l ~ améri cains, cette cl assification est à utilise r en France avec une relative prudence.

IV. PRINCIPES GENERAUX D'UNE NOUVELLE CLASSIFICATION

Une nouve ll e méthode de classement des so ls selon leu r degré de gélivité est en cou rs d'élaboration par les Laboratoires des Ponts et Chaussées. La classi­ficati on est étab lie en deux temps: - la premi ère phase est une quantification du carac­

tère gé lif intrinsèque du sol par le biai s du gonfl ement qu'il présente dans des conditions données de congélation ,

la seconde phase co nsiste à définir les cond itions thermiques à parti r desquelles cette gélivité du sol peut se manifester sous une chausése par une perte de portance.

1. Première phase: l'essai de gélivité

a) Pour quantifier la gélivité du sol, on utilise un résultat énoncé au chapitre 4. Le gonflement d'un so l, une foi s que le processus a démarré, croit linéai­rement en fonction de la racine carrée de l'indice de gel auquel il est soumis. La pente de la droite obte­nu e croit avec la sensibilité au ge l du sol, ce qui permet de le classer (fig . 7.1). b) L'essai proprement dit est actuellement réalisé pa r les Laboratoires rég ionaux de Nancy et Clermont­Ferrand. L' installation expérimenta le est représentée sur la figure 7.2. Ell e est consti tuée d'une cuve cylin­drique contenant un liquide thermostaté dans lequel pl ongent six unités de congé lation placées de ma­ni ère à respecter un e symétri e circu laire, et de diSpo­si tifs permettant le contrôle des conditions imposées

Fig . 7.2 - Classifica tion des sols géli fs . Schéma de principe de l'installation de congélation des sols.

aux échanti llons et la mesure des paramètres choisis pour caractériser leur comportement . Chaque unité de congélation contient un échanti ll on de sol de 26 cm de hauteur après compactage, et de 7 cm de diamètre . A la partie supérieure de l'échantillon est disposé un piston métallique creux permettant, au moyen d'une circu lation d'alcool réfrigéré, d'Imposer une température égale à - S,PC. La partie infé­ri eure de l'échantillon baigne dans un rése rvoir ther­mostaté contenant de l'eau à + 1 ' C destinée à son alimentation par la base. Au cours des expériences, on mesure à chaque instant le gonflement grâce au

21

déplacement vertical du piston et le dépouillement des mesures consiste à t race r les droites représen­tatives de la relation li ant le gonflement à la racine carrée de l'ind ice de gel.

2. Seconde phase: l'indice de gel de sécurité d'un sol

La notion d'ind ice de gel de sécurité repose sur le fait qu'un so l , même gélif, peut supporter un certa in gel sans qu'il y ait une asp iration d'eau importante et. par conséquent, une forte chute de portance au dégel; l'indi ce de ge l correspondant est d'autant plus grand que le so l est moins gé lif . Au-de là de cet indi ce de ge l , il n'est plus pOSSible de garantir que la chute de portance au dége l restera modérée. Cette notion présente donc un double intérêt:

- le paramètre est aisé à utiliser pu isque les lois

de propagation du gel s'expriment à l'aide d'indice de gel,

ell e fournit un critère intégrab le dans une mé· thode de dimensionnement (voir chapitre 8) puis­qu'elle rend compte des facultés de perte de portance du sol.

Le deuxième volet de la classification cons iste donc à déterminer ces indices de ge l de sécurité à partir des pentes obtenues dans l'essa i de gélivité. Bien entendu, il faudra tenir compte d'une estimation aussi précise que pOSSible de la teneur en eau du so l au moment du gel: rappelons en effet que la gé li vité d'un sol se manifeste d'autant moin s que les possibilités d'alimentation en eau sont plus réduites. Les règ les permettant de définir l 'indice de gel de sécurité ne sont pas encore totalement définies.

CHAPITRE 8

Dimensionnement au gel des chaussées

Les résultats des recherches et obse rvations décrites précédemment permettent d'envisager à cour t terme la pub li cat ion d'une nouvelle méthode de prise en compte du ge l dans le dimensionnement des chausées.

1. METHODE UTILISEE DANS LE CATALOGUE DE STRUCTURES

Dans le Catalogue de Structures, la prise en compte du gel dans le dimensionnement se déroule en deux temps (fig. 8.1).

1. Dans le processus de détermination de la ci asse de sol, le fait que ce dernier soit gélif condu it à le déclasser, sauf s' il était initialement en Sl .

2. Après avoir choisi les matériaux const itutifs de la chaussée et préCisé la classe de trafic, la coupe de chaussée est acceptée, moyennant la vérification suivante: si la structure est affectée sur la fiche du Cata logue du sig le G, ell e convient. Sinon, on compare l'épaisseur h des couches non gé lives à la profondeur maximale de ge l H contre laquelle on désire se prémunir: si h est supérieure ou égale à 0,80 H, la structure est suffisante des points de vue thermique et mécanique; dans le cas contraire, un processus défini par le Cata logue conduit à choisir une chaussée d'épaisseur supérieure .

3. Au-delà du formalisme pratique employé par le Cata logue, il ne paraît pas inutile d'expliciter la

22

signification. de cette méthode; deux cas sont à distinguer:

a) La structure est affectée du sigle G : on remarque que la profondeur de ge l H de référence n'intervient plus. Cela revient à admettre que le déclassement du so l de fondation suff ît à donner à la chaussée un coefficient de sécurité mécan ique suff isant pour résister sans dommages à n'importe quel hiver (bien entendu, ce la ne peut être accepté que dans les condit ion s climatiques françaises). Il en résulte d'ailleurs que seules les structures épaisses et rigides possèdent le sigle G.

bl La structure n'est pas affectée du sigle G: compte tenu du déc lassement du so l. la structure est retenue si son épaisseur non gélive h est au moins égale à 80 % de la profondeur de gel H de référence: il ne faudrait pas en déduire que la chaussée puisse résis­ter à tout hiver te l que le front de ge l pénètre les couches gé l ives sur une profondeur au plus éga le à 25 % de l 'épa isseur non gé li ve et qu'elle ne le pour­rait pas au-de là. Une telle déduction ne pourrait qu'être erronée . Prenons par exemple une chaussée d'épaisseur h = 60 cm: le raisonnement conduirait à admettre que la structure sera it protégée pour un gel pénétrant de 15 cm dans les couches gé lives, et non plus au·de là. Mais à partir d'une telle épaisseur de sol gé lif conge lé. les risques de dommages dus à la gélivité du sol sont nécessairement grands et il n'est guère possible d'estimer que franchir le seui l

1er cas . non prise en compte du gel

Déterminer Sk en prenant «nom dans la colonne

«prise en compte du gel» 1 Structure retenue Ti ' ~ 1

26 cas : prise en compte du gel

Déterminer Sp' en prenant «oui » dans la colonne

Ti' S~ est signa épar

«prise en compte du gel» le signe G

r 1 Structure retenue Ti ' Sp 1

Ti' Sp n'est pas signalé par le signe G

Augmenter hp pour que

hp ;. 0,8 H

ou

Prendre dans la ligne Sp

~[t'p < 0,8 H f. du côté des trafics supérieurs à Ti' la structure

la moins épaisse ayant le signe G ou

Choisir un autre type de chaussée et

recommencer le processus

l hp :> 0,8 H 1 t hp = épaisseur tota le des couches

non gélives de la structure Structure retenue Ti ' Sp Iy compris l' incidence

(éventuellement voir «remarque. des couches de forme) au§bgell correspondante à Ti' Sp

H pro fondeur de gel chOISie

Fig . 8.1 - Organigramme de prise en compte du gel dans le Catalogue de structures types de chaussées.

des 15 cm change notablement le niveau de risque, On est dans un cas où la limitation ne se justifie guère et on arr ive à une contradiction. En réa lité, étant donné que H es t la profondeu r de gel de réfé­rence, et à conditi on qu'elle so it bien choisie (*1. la majorité des hivers condu isent à une profondeur de ge l nettement inférieure à H et ne pénètrent donc pas le sol gé lif. Pour ceux-là, il n'y a donc aucun risque. Pour les que lques hivers très rigoureux qui restent. on admet que la surépaisseur apportée à la chaussée par le déc lassement du sol support suffit à protéger mécaniquement la chaussée. Contraire­ment au cas précédent (structures affectées du sigle Gl, la protection mécanique n'est assurée que pour un nombre limité d'hivers. Il en résulte que la signification intrinsèque de la comparaison de h à 0,8 x H doit être recherchée, non pas comme un critère de stabilité mécanique de la chaussée, mais essentie ll ement comme un critère d 'origine climato­logique conduisant à fixer l'épaisseur de la chaussée à un niveau tel que, stat istiqu ement. la fréquence des périodes de ge l pendant lesque ll es le sol gé lif sera atte int par le gel , sera suffisamment faibl e. On

( O) Le choix de H n'esl pas une des moindres difficultÉs d'une telle méthode . En France. on a pri s l'habitude de choisir le H de l'hiver 1962·1963.

remarque d'ai lleurs que de nombreux pays emploient une méthode de dimensionnement au gel très vois ine de ce ll e du Cata logue de Structures. En revanche, le coeff icient multipli cateur de H n'es t pas toujours éga l à 0,8, Cela s'exp lique par au moins deux rai ­sons: d'une part la répartition en fréquence des pro­fondeurs de ge l n'est pas nécessa irement la même à l'étrang er qu'en France; d'autre part tous les pays n'utilisent pas la même définition de H : augmen ter H, en prenant par exemp le une profondeur de ge l trentenaire, permet de diminuer le coeffici ent mu lti ­pl icateur,

4, La méthode définie dans le Catalogue de Struc­tures donne dans l'ensemble sati sfaction . Il apparaît néanmoin s poss ible de serrer de plus près la réa lité sur trois points principaux. sans pour cela d'ailleurs modifier fondamentalement les résultats obtenus sur le plan pratique, la méthode actuelle, ana logue à celles util isées dans la majorité des pays, restant globalement correcte pour les matéri aux de chaus­sées couramment utili sées. Ces points sont :

al La recherche d'une meilleure caractérisation de la ri gueur d 'un hiver, ce qui peut être obtenu par l'uti­li sa ti on s imultanée de l 'indice de ge l tiré des stati s­tiqu es et des profondeurs de ge l relevées sur des s ites voi sins de celui où doit passer la route,

bl Une meilleure prise en compte des parts respec­tives de la protection th ermique du sol et de la rés istance mécan ique de la chaussée dans sa t enue à long terme,

cl Une meilleure traduction de la sensibilité des sols au gel-dégel ,

d) Enfin, ulle méthode plus rationnelle permettra à l'avenir une évaluation plus rapide des performances de nouve lles structures v is-à-vis du gel,

II. VERS UNE NOUVELLE METHOnE DE DIMENSIONNEMENT DES CHAUSSEES AU GEL-DEGEL ( 00)

Une nouve ll e méthode de dimensionnement au ge l est en cours d'é laborati on par les l aborato ires des Ponts et Chaussées. El le utili sera les résultats que nous avons mentionnés dans les chapitres précé­dents .

10 Choix des grandeurs thermiques de référence

a) Nous avons signalé au chapitre 6 qu 'il est poss ible de caractériser la r igueur d 'un hiver:

soit intrinsèquement à part ir de données météo­ro logiques qui sont l'indice de gel et la durée de la période de ge l de référence.

soit extrinsèquement par la profondeur de gel mesurée dans un site voisin et pour une structure voisine de la chaussée à construire .

b) la nature des paramètres caractérist iques étant définie, il faut choisir leurs va leurs de manière à ca ractéri ser ce que l'on appel le l 'hiver de référence.

("l Ces divers po ints font l'objet de recherche en cours . On peut estimer que cette nouvelle méthode pourra être mise à la dlsposltlon des Services de l'Equipement en 1976, à l'occasion de la nouvelle éd ition du Catalogue de Structures .

23

Le choi x ne peut être fa it sans tenir compte de j 'im­portance de la route, Par exemp le, on peut :

ou bien prendre co mme référence un hiver excep­tionnel . ce qu i peut avoir une incidence notab le sur le coût de premier inves t issement, mais confère une bonne sécurité, ou bien chois ir un hiver courant. ce qui revient à admett re la poss ibilité de pose de barr ières de dége l à une fréquence au plus éga le à cel le de l 'apparition de l'hi ver choisi.

2, Ligne directrice de la future méthode

Ell e décou le naturell ement des chapit res précédents et comporte six phases success ives (fig. 8.21-

al Première phase: dimensionnement de la structure en su ivant le processus du Catalogue, mais sans tenir compte du ge l.

bl Deuxième phase: si I"on est dans une rég ion dont les conditi ons climatiques sont te ll es que le ge l n'ait pas à être pris en co mpte, la prem ière phase suffit à déf inir le dimensionnement de la chaussée. Dans le cas contraire. on choisi t les carac­téri stiques thermiques de l 'hiver de référence.

cl Troisième phase: on examine si le ge l est suscep­tibl e d 'atteind re les couches gé lives, so it que l'indi ce

1 Choix d'une structure 1 en fonction du so l et du tr~l l c,

sa ns tenir comp te du gel

Prise en compte du gel (';~O I X des ca ractéristiques

thermiques de l'hiver de référence 1 Non prise en comlJte du gel

l e gel de référence n''''' 'nt p" ,,, couch" ~

gélives

l e gel de référence atteint les couches gélives Structure

Vérification thermique retenue

~ l'indice de gel de sécurité V du so l de fondat ion

n'est pas dépassé

l ' indice de gel de sécurité du sol de fondation

est dépassé

Vérification méca niqu e -----,...... l a résista nce mécan iq ue de la structure est suffisante

la rés istance mécanique de la structu re est insuff isa nte

Modifier la structure initiale

Fig. 8.2 - Schéma de principe d'une nouvelle méthode de dimensionnement au gel des structures.

24

de gel de référence à ce ni veau soit nu l , so it que la pro fondeur de ge l soit infér ieure à l 'épa isseur non géli ve. On se retrouve dans l 'a lternative suivante:

le ge l n'attei nt pas les couches gé lives, la struc­tu re choisie en prem ière phase est acceptée,

le gel atteint les couches gélives , et i l faut pousse r plus loin la vérif ica tion .

dl Ouatrième phase: il s'ag it d 'une vér ifi cation th er­mique. On éva lue l'indice de gel au niveau du so l géli f et on examine s' il est inféri eur à l'indice de ge l de sécur ité de ce même sol. Si ou i . la protection thermi que apportée par la chaussée est considérée comme suff isante et la structu re est retenue.

e) Cinquième phase: dans le cas contraire. il y a tout lieu de cra indre une perte de portance impor­tante au moment du dégel. Il convient donc d'exa­m iner si la rés istance mécanique de la chaussée ne lui permet pas d'y rés ister . Si tel est le cas, la structure in iti ale est retenu e, sinon on envi sage la s ixième phase .

f) Sixième phase: on se trouve dans le cas où les véri f icat ions précédentes ont fourni des réponses négatives, La structure est insu ffi sante thermique­men t et mécaniquement. On est alors conduit à reprendre le processus de dimensionnement au ge l à la tro is ième phase après avoir apporté ce rtain es mod ifica tions aux données du problème, qui peuvent être:

augmentati on de l 'épaisseur non gélive (réa lisa­tion d'une couche de form e ou augmentation de son épai sseur),

augmentation de la rési stance mécan ique de la chaussée,

diminut ion de la gélivité du sol. par exemple par traitement à la chaux et au c iment. bi en que la durab ilité d 'un tel traitement ne so it pas encore établie en toute ce rtitude dans tous les cas.

3, Etat ac tuel (au 1/ 1/751 de l'élaboration de la méthode

A l 'heure actue lle. on peut considérer comme déf i· ni tivement acqu is:

les lois générales du comportement thermique des so ls et des chaussées (vo ir chapitre 4),

le principe de la nouvelle class ificat ion des so ls gé li fs ain si que celui de l'essa i de géliv ité lvoir chap itre 7l.

- la ligne directrice de la nouvell e méthode de dimensionnement.

Des progrès et des expériences sont encore à réa­li ser pour :

- mieux appréhender le comportement mécanique f in des chaussées au dégel . pr incipal ement en ce qu i conce rne les chaussées à ass ises traitées ,

compléter les résultats numériques concernant les relati ons l inéa ires entre racines carrées d' in­dice de gel (voir chapitre 4).

étendre la gamme des sols testés à l'essa i de géliv ité et déterminer les indices de ge l de sécurité des sols.

CHAPITRE 9

Activité opérationnelle barrières de dégel et études de renforcement

1. BARRIERES DE DEGEL

1. Le développement rapide du trafic lourd a mis en évidence la fragilité de nombreuses chaussées qui, faute de moyens suff isants ou de temps, n'ont pu être adaptées progressivement à l'évolution du trafic. Ces chaussées peuvent se trouver dans une situation très critique en période de dégel et doivent être protégées par des restrictions temporaires de circulation, plus connues sous le nom de barrières de dégel. L'essentiel des aspects techniques et régle­mentaires de cette question se trouvent dans les documents suivants:

- " Aspect technique du problème des barrières de dégel", Bulletin de Liaison des Laboratoires des Ponts et Chaussées. n° 51, pages 77 à 88 ;

" Instruction générale sur les barrières de dégel ", Direction des Routes et de la Circu lation rou­tière, RER 21 du 15 novembre 1973.

Nous en rappelons seu lement les points principaux.

2. Eléments techniques de décision

La prise de décision d'application des restrictions de circulation se fait. compte tenu des impératifs éco­nomiques, en s 'appuyant sur des éléments techniques qui sont:

al Les renseignements météorologiques, en parti­culier le suivi des températures atmosphériques mais aussi tous les renseignements pour suivre l'évolution de la tendance générale (réchauffement, r.efroidisse­ment).

bl Les mesures de profondeur de gel qui permettent d'être alerté lorsque les couches gélives sont atteintes par le gel et de connaître l'épaisseur gelée de ces couches, donc d'appréhender le risque de dégradations au dégel. L'évolution du front de ge l est suivie dans la majorité des cas à l'aide d'indi­cateur de profondeur de ge l dont l'usage est main­tenant généra lisé: plu s de 500 unités sont im­plantées sur le territoire.

cl Les mesures de déflexion qui sont ce ll es qui tra­duisent le mieux la chute de portance de la chaussée au dégel. Pour connaître la chute de portance, la déflexion mesurée doit être comparée à une déflexion de référence représentant le comportement habituel de la chaussée (choix de sections témoins, voir dl.

Ces mesures de déflexion permettent éga lement de fixer le seui l de tonnage des barrières de dégel en admettant en première approximation qu'il y a pro­portionnalité entre la charge app liquée et la déflexion.

d) Comme il est matériellement exclu d'envisager l 'app li cation pratique des éléments qui précèdent à la totalité des itinéraires susceptibles de recevoir une barrière de dégel , il est nécessaire de procéder au choix de sections témoins représentatives d'un itinéraire entier. En général, on choisit ces sections:

dans le cas d'un grand itinéraire ( . 1 en retenant les tronçons en plus mauvais état de manière à limi ter au strict minimum les interruptions de trafic, car ce sont ces tronçons qui conditionnent la pose et la dépose des barrières,

pour les itinéraires d'intérêt essentie llement local, on s'attache plutôt à retenir une section dont le comportement est en moyenne représentatif de ce lui des itinéraires locaux compris dans un cer­tain périmètre voisin de la section témoin.

3. Réglementation

al Les routes sont classées suivant leur vulnérabilité en quatre catégories de pOids total en charge réel maximal autorisé: 3,5, 6, 9 et 12 tonnes. Le classe­ment est reporté sur une carte éditée annuel lement par la DRCR et correspond à une situation prévisible en hiver courant.

bl La vitesse des véhicules utilitaires ne doit pas excéder 40 km/h, ce ll e des véhicules de tourisme est limitée à 80 km/h (Un arrêté préfectoral peut fixer des mesures plus str ictes) .

cl Les restrictions de circulation sont établi es par arrêté préfectoral pris sur proposition du Directeur départementa l de l'Equipement. Afin de permettre l'information des usagers de la rou te et des services de contrô le ainsi que la mise en place de la signa­li sation, l'arrêté est mis en app li cation au plus tôt dix-huit heures après sa signature. Des dérogations spéCia les peuvent être accordées pour des besoins urgents et indispensables.

4. Organisation opérationnelle

a) Chronologie des opérations (fig. 9.2). Lorsque les mesures indiquent une pénétration du front de ge l dans les couches gé lives de la chaussée, un préavis de fermeture est émis de manière à mobiliser les services et à permettre d'effectuer des transports de précaution (augmentation des stocks, écoulement de produits finis, etc.). Dès que les pré­visions météorologiques laissent envisager le dégel

(°1 Notamment en r.e qu i concerne le réseau dégel . route (fig . 9.1) .

25

_ Afin de simplifier la diffusion des Inform ations sur les poses et déposes de BARRIÈRES de DEGEL.

la D IRECTION des ROUTES a dresse cette carte .

Pour l'ensemble de la France . Ies informations quot idiennes seront donnees cl partir du reseau

qui y f igure .

Des renseignements plus dfHaillés continueront a être fournis par les services et organisme habltuets

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Fig . 9.1 - Ca rte" Degelroute » • hiver 1973-1974.

26

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Fig . 9.2 - Chronologie de pose d'une barr ière de dégel. Variation de la température. de la pro fondeur de gel el

de la déflexion, au cours d 'une pér iode hivernale.

à cou rt terme. on engage le processus de pose qui es t le suivant:

Jour J-l regroupe ment des éléments tec hniques de déc ision jusqu'a 10 heures ,

décision préfectora le entre 10 heures et 12 heures avec information immé­diate de l 'échelon local ,

information de l 'échelon rég iona l avant 14 heu res, de J'échelon central entre 14 heures et 16 heures ,

confirmation par tél éimprimeur avant 18 heures .

Jour J pose à 8 heures du matin .

La dépose de la barrière se fait lorsque la déf lex ion est revenue proc he de la valeur de référence.

bl M oyens mis en œuvre

De très nombreux serv ices collaborent à l'ac tivité " barri ères de dége l ". En particulier, les Laboratoires des Ponts et Chaussées effec tuent les mesures de surveillance et peuve nt mettre â la di spos iti on des serv ices des poutres 8enkelman et une trentaine de défl ectographes.

II. PROBLEME DU GEL DANS LES ETUDES DE RENFORCEMENT DE CHAUSSEES

1. L'étude du renforc ement d'une chau ssée située dan s une rég ion oLl l 'e ffet de gel est â cra indre se déroul e suivant la méthodolog ie généra le désormais c lassiq ue , complétée et adaptée, le cas échéant , pour tenir compte des résultats présentés dans les cha·

pitres précédents. Nous ne développerons don c qu e l'aspec t de l'étude de renforcement spéc ifiquement l ié au gel.

2. Le cheminement généra l de la méthode est vo isi n de ce lui déc rit dans le chap itre 8 pour le dimension· Ile ment des chaussées neuves; cependant. une diff é· rence no table appa raît dans la mesure où le substra­tum s 'avère à l 'expérience bea ucoup plus diffi c il e à ana lyse r clans une étude de renforce ment qu e dans un pro jet de chaussée neuve. Le plu s souve nt , la chaussée es t très anc ien ne et n 'a été que prog ressi­vement soumise aux trafics que nou s connaissons actuell ement. Son prof il en long épousant générale­ment le terrain , l 'ancienne chaussée est suppor tée essentiell ement par la formati on superficie il e. alors que les chaussées neuves le sont par des couch es géo log iques plus anci en nes en déb lai, ou par des matéri aux sé lec tionnés en rembl ai. Les chau ssées à renforce r sont souven t cons titu ées de couches non li ées qui se sont progressive ment co nsolidées so us le trafi c. ain si que la parti e supér ieure du sol su ppor t .

Le découpage en t ronçons homogènes est rendu diffi ­c il e par les diverses opérations sub ies par la chaus­sée sur ce rta ines secti ons au cours de son hi stoi re: rec hargements (souvent de faib le épaisseur). élar­gisse men ts, etc. Ces travaux pouvant être très diffé· rents suivant les techniques employées à l'époqu e.

3. Compte tenu de ces éléments, les Laborato ires des Ponts et Chaussées ont adopté le schéma d'ana· lyse su ivan t (fig . 9.3) :

a) la chaussée est-el le soumise fréquemment à des températu res négatives? Si la réponse est non, le gel n 'est pas pris en cons idération dans l 'étude;

bl si la réponse est pos i t ive, on exam ine si le front de gel peut traverser la chaussée et pénétrer dans le so l suppo rt. en s'appuya nt sur la connais sance hi s toriqu e que l'on a des indi ces et des profond eurs de ge l :

• chaout.so!e est ·elle Ile gel n'HI PM

I."'uemmem soumise -1 p,js en ~sid'. li des tempt.~ IU'es ~" fJ \lon

flé9atives 1

t o.;

Recuei l d'informat ion.

- Inlensilé du gel COnire lequel on mI.i.e se ptOléter

- P,olondeu. de gel H _ Ep3iueu' non gélive

du 1:00pl de ch, ..... - Statistique1 <MIWrologiquel

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1 Sol support gélif 1 "~

Il ' <>Ul ex,mil'\el"

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-+-gétif,ac tion des

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Le gel n'esl ~s Irh gr,ve. ~ I~ pefrM,bi'i tt de

Blimenlhs en flu mais il doit 'lfe p,;, " $U r/ace "~ en considération

10 .; 1 Le prob lème du gel eS! tr ès e ~ impoltan l et doit êtr e p, i,

1 en compte de façon prioritai,e

Fig . 9.3 - Schéma de pr ise en considérati on du ge l dans une étude de renforcement.

? 1

c) si te l est le cas, on examine la gélivité du sol support, et on l'interprète en foncti on des conditions d'alimentation en eau de la chaussée; rappelons en effet qu 'à structure de chaussée et gélivi té du sol support éga les, l 'importance du prob lème de gel c roît avec les possibilités d'alimentation en eau des couches gélives;

d) on examine enfin la gé lifraction des constituants de la chaussée ainsi que sa perméabi lité superfi· ciel le.

Cela montre donc que l'analyse de la chaussée est guidée par la prise en co mpte des éléments su ivants:

données c limatiques,

appréciation de la gé livité du suppo rt,

environnement hydrologique,

comportement de la chaussée en période hiver­nale et état visuel.

4. Données climatiques : ca lcul des indi ces de gel à partir des relevés météo rologiqu es, relevé des pro­fondeurs de gel. Il conv ient de noter que si l'on ne connaît pas la profondeur de gel sous la chaussée étudiée, il es t dé li ca t d'utili se r les profondeurs de ge l fourni es par la Météoro logie nati ona le (mesures faites sous gazon dans un so l non rem anié) ou mesu· rées sous accotement: dans ces deux cas, les mi­li eux testés ont des caractéristiques thermiques différen t es de celles des chaussées (dens ités plus faibl es , te neur en eau plu s élevées) et condu isent à des profondeurs de ge l minorées. Les différences de profondeurs de gel sont encore plus accentuées dans le cas OLI l'accotement es t recouvert de neige (fi g. 94) .

Accotement Chaussée Accotement

Profondeur de l'isotherme o oC (cm)

Fig. 9.4 - Evolution de la profondeur de gel dans un profil en travers (résultat de la stat ion de gel de Caen).

5. Appréciation de la gélivité du support: pour un échantill on de so l donné, la déterm ination de sa géli. vité se f ait comme indiqué au chapitre 7. Cependant deux points essenti els sont à soulever:

28

a) En un PK donn é, les couches granu laires non liées du co rps de chaussées sont fréquemm ent plus ou moins polluées par les fines du so l support. La limite entre couches gélives et couches non gé li ves est parfoi s malai sée à déterminer. b) En raison de l'hétérogénéité des formations super­ficie ll es, il est nécessa ire de faire plu s de sondages que dans une étud e normal e de renforce ment pour avoir un échantillon représentatif de la gélivité des so ls.

6. Environnement hydrologique a) La pluviométrie a des répercussions év identes sur l 'a limentation en eau des couches gé li ves. Le nivea u moyen des précipitations influe sur la teneur en eau de couches superfici ell es qui peuvent jouer le rôle de raservoir si ell es sont très humides, sur le niveau de la nappe superfic iell e qui est d'autant plus dange­reuse qu'elle est plus proche de la surface. Par ai ll eurs, l'influence des précipitations dépend éga ie­ment de la période à laque ll e el les ont li eu; ell es sont plus nocives à l'automne. b) La présence d'une nappe superficielle à proximité des couches touchées pa r le ge l favorise une alimen­tat ion continue ll e en eau de ces couches. Il est donc nécessa ire de repérer leur présence et de situer leur niveau par rapport aux couches gé lives et à la profondeur de ge l. c) En cas de drainage incorrect, les fossés assurent un rôle de réservoir d'eau pour les couches gé li ves (rappe lons d'ailleurs qu'il ne suffit pas qu'i l y ait des fossés, encore faut-il qu'ils soient suff isa mment profonds et qu ' il s aient un exutoire). Un drainage correct de la plate·forme d'une chaussée apporte toujours una, protection complémentai re contre les effets du gel et du dége l. d) Une trop grande perméabilité des couches su pé­ri eu res, en particulier les enrobés, est tou jours néfaste . Indépendamment de tou te cons idérat ion cli­mat ique, ell e favori se le désenrobage des granul ats et diminue la résistance mécanique de l 'enrobé. De plus, la présence d'eau dans un enrobé St::: tra­duit en période de ge l par une tormation de glace, avec augmentat ion de volume. Ce la entraîne des co ntraintes importantes dans l 'enrobé, avec ri sques de fissurat ion et de formation de nids-de·poul e. 7. Comportement de la chaussée en période hivernale

et état visuel. Il co nvient bien entendu d'apprécier le compor· t emen t de la chaussée et son état visue l en foncti on des barrières de dégel qui ont pu être posées, de leur seuil de tonnage, de la durée de pose et de leur plus ou moin s bon respect . En effet, une chaussée très vulnérab le au ge l mai s effi­cacement protégée peut avoir un aspect visue l trom­peur, conduisant à minorer sa sens ibilité au ge l­dége l. De plus, pour que le gel pui sse être mi s en cause dans l'appa rition de désordres, il faut bi en entendu qu'i ls apparaissent en période hivernal e. Si les dégradat ions se produisent pendant le ge l ou dans les prem ières heures du dége l et se traduisent par du faïençage ou des nid s-de-poule, on peut mettre en cause la qual ité des couches supér ieures de la chaussée, car le so l support, encore congelé, est très porteur (fig. 9.5 ). En revanche. s i ell es appa­raissent dans les semaines qui suivent le dége l et se tradui sent par de l'orniérage, ell es mettent en ca use la gé li vité du sol support et l 'insuffisance de la protection th ermique apportée par la chaussée, donc de l 'épaisseur de matériaux non gé lifs (fi g. 9.6).

Fig . 9.5 - Dégradations superficie lles.

Fig . 9.6 - Dégradations en période de dégel : orniérage , dé form at ions plastiques et des truction de la chaussée.

29

ANNEXE

Indices de gel des périodes de gel des hivers 1951 à 1969

N' dép!. 01 02 03 04 05 06 09

~ Année Ambérieu Sa int-Quentin Vichy Saint- Auban Embrun Nice Sai nt. Girons

1951 55 10 25 - 12-95 0 -1952 15- 98- 8 6-45- 7 15- 50 - 165 0 -1953 . . . 50· 65 22-90 30· 70 - 70 0 -1954 . . .. o . 7 8-22 0 0 15- 6 0 0 1955 . . . . . . 25-235 190 8-2 10 80 145 0 120 1956 " . . . 10- 10- 60 8- 13 30 0 25-17 0 23 1957 . . .. .. 15- 10- 10 8- 13 10· 8 10 26-12 0 0 1958 . . .. . . 20- 7 11 18 8 60 0 6 1959 80 45- 5 60- 8 18 45 0 28 1960 18 7 10- 10 0 35 0 8 1961 40- 20 30- 7 40- 10 6 20- 6 0 0 1962 50- 60-270-25 225 15- 60-250-30 25-65 15-40-129 0 35-20-40 1963 130 45- 12- 11 75- 15- 22 10 25 0 21- 6 1964 17- 10- 35 25-10- 7 15- 18 10 12-40- 13-30- 15 0 7- 6 1965 90 6-65 70 22 7-70 0 5 1966 65 23 45 13 15-40 0 10 1967 65- 30 15-25 32- 15 10-12 17-65 0 15 1968 35- 32 20-17-40 8- 20- 25 10 40-50 0 6- 7 1969 90- 15- 7 25-30- 7-20 40- 27- 8- 7 - 32- 7- 12-22 0 0

N' dé pt. 10 11 13 14 16 17 18

~n Année Romi lly-

sur-Seine Carcassonne Marignane Caen Cognac La Rochelle Bourges

1951 6- 12- 10 0 0 .{) 0 13 1952 6· 7- 32 0 0 0 0 - 10-25 1953 27-90 10-35 13 60 5-40 - 24-60 1954 6 0 0 10 0 - 5 1955 205 85 70 25-65 2Q-70 - 155 1956 10- 11 - 25 5 0 0 15 - 12-25 1957 4-10 0 0 0 0 - 0 1958 .... . . 15-15 0 0 0 0 0 10- 6 1959 60-10 20 15 25 20 8 45- 7 1960 5 5 0 0 6 0 8 1961 . . . . -' 30-10 0 0 15 0 0 17- 6 1962 17-55-180 30-12-40 20-7-30 11 5- 8 35-85 30-70 8-45-135-18 1963 55- 8- 25-5 12 0 10 25 22- 5 42- 7- 16- 5 1964 25-20 0 0 0 - 0 13 1965 100 8 9 35 26 22 60 1966 35 10 0 8 20 10 30 1967 20-12 12 0 0 15 0 14- 6 1968 22- 16- 25 ~ 0 9- 10 7-1 0 7 11-16- 13 1969 _ . . . . . 17-12- 40 0 0 10 0 25-22

30

W dép!. 20 21 22 25 26 26 28

~n Ajaccio Dijon Rostrenen Besançon lurs- l a Montélimar Chart res Année Croix-Haute

195 1 0 12- 40- fO 45 19U 12 8 1952 0 15- 40 - 20-70 15--275 10 7- 40-10 1953 0 40- 90 - 55-95 170- 10 11 -40 10- 85 1954 0 8 7 10- 5 12- 90 0 lO- S 1955 0 7-200 17-45 220 45- 20-275- 16 105 125 1956 0 7- 40 0 5- 10- 50 30- 25- 60-10 8 10- 20 1957 0 7 0 10- 8- 10- 8 15- 80- 57 0 10- 6 1958 0 14 0 17- 5 15- 70- 10 0 0 1959 0 55- 7 0 70- 10 10- 90- 25 30 35- 8 1960 0 6- 6 0 16-45 100 0 5 196 1 .... . -. 0 35- 11 8- 10 3~-20- 5 25- 79 7 22- 7- 8 1962 ...... . 0 35- 60- 165- 18 20-80- 10 3 -65- 193 430 35-85 7-197 1963 .... 0 11 5 8- 7 70-45- 8 145- 17 30 35- 20- 8 1964 ... . . .. 0 30- 6 5 35-30 243 6 25- 10 1965 .. ... . 0 80 30 90 10-100 35 8- 75 1966 ....... 0 45 6 55 35- 16- 9 20 20 1967 0 40- 20 0 45-30- 6 150- 12 10- 8 13- 5 1968 0 8- 12- 30 8 6- 12- 20-50 18-162- 8 7 20- 10-16 1969 .... . 0 57- 8 6 95- 10- 12 170-100- 15 10 20- 7-18

W dé pt_ 30 31 33 34 35 35 37

~n Année Nîmes Toulouse Bord eaux M ontpell ier Dinard Rennes Tours

1951 0 0 0 0 0 0 5 1952 0 9- 6-20 0 0 0 0 30 1953 22 20-40 40 15 25 35 6- 55 1954 0 0 0 0 0 0 5 1955 60 115 75 53 15-22 45 100 1956 0 12 10 0 0 10 8- 22 1957 0 0 0 0 C 0 0 1958 0 7 0 0 0 0 0 1959 15 25 12 13 0 le 40 1960 0 7 8 0 0 0 0 196 1 0 7 6 0 5 0 15 1962 25-7-30 30-20-50 35-65 20-40 20-60 25-83 40- 125-20 1963 0 15-10-13 15- 8-9 7 6 7- 6 35- 13 1964 0 0 0 0 0 6 15- 5 1965 15 15 20 10 24 25 8 1966 10 17 18 14 0 10 15 1967 0 12 7 0 0 0 18 1968 0 12 6- 10

1

0 5 0 10- 15-12 1969 . ... . 0 0 0 0 0 0 14- 22

W dépt. 38 40 41 42 43 44 45

~n Grenoble Mont-de- Romorantin Saint-Etienne Le Puy Nantes Orl éans A nnée M arsan 1951 68 0 - 30- 8 75 0 10 1952 65-10 8 - 15- 70- 15-12 25-80- 40 6 7- 5- 40- 5 1953 32-55 8-40 - 40- 75 60-85 35 13-70 1954 .... . . . 0 0 8 7- 7 10-1 5- 15 0 7- 5 1955 .... _. 170 75 135 8-220 20-10-240 50 140 1956 · . . . , . 10-30 11 16-30 8- 65 10-65 12 16-25 1957 .... . . 0 0 0 10- 8 9-10- 10 0 5- 4- 8 1958 · .. . . . 7-18 0 6 20 20-20- 8 0 12 1959 . . . . . .. 65 17 45- 6 75- 10 80-1 1 10 45-10 1960 0 0 5 12 35-15 0 6 196 1 ... 12-1 0 7 15- 5 40- 16- 10 35-25- 9-13 0 25- 10 1962 13-45- 170 35-25-45 8-40-135-20 12- 60-220-20 8-65-190-25 35-80 8-50-145-50 1963 60-22 25- 8 - 95- 20- 8 125-20- 20 15- 6 45- 6- 20- 7 1964 12-11 0 20 8- 10- _30 15-25- 55 0 23-11 1965 50 20 60 70 70 25 62 1966 · . . . . . . 30 15 25 55 55- 7 7 21 1967 .. . . . . - 10 20 38- 22 60-27 0 20- 6 1968 .... . . - 7 6- 15- 13-20 8- 30- 30 14-12- 40-60 6 7- 15- 13-1 5 1969 0 8_in_ ?~ 55- 24- 10-12 100-13- 35 0 25-25

31

N" dépt. 46 47 49 50 St 52 52

~n Gourdon Agen Angers Cap de

Reims Langres Saint-Dizier Année la Hague 1951 9 0 0 0 13- 6 75 -1952 6 15 14 0 10- 40- 6 10- 25- 75-40 -1953 20-40 10-40 45 0 30- 95 60- 125- 6 -1954 0 0 0 0 10- 12 27- 30 7-12 1955 120 110 75 0 215 6- 5-250- 7 235 1956 10-15 12 15 0 10- 5-22 12- 15- 50 10- 6- 17 1957 0 0 0 0 7- 7- 5 10- 13- 6-15-23 6- 7 1958 9 0 0 0 10- 12 15- 16- 10 13 1959 36 20 18 0 55- 8 80- 16 65- 8 1960 6 5 0 0 5- 7- 8 35- 18- 10 5 1961 6- 6 14 8 0 35- 6- 11 50- 10- 25-20-20 35- 12 1962 36-25-60- 6 35-25-50 35-100 7 12-240 25-330 10-50-185 1963 20-10- 16-13-5 15- 9- 9 - 0 95- 6 145- 20 60-17 1964 7- 6 0 10 0 30- 17 12- 50- 70 25-20 1965 34 20 35 0 90 10- 8-110 90 1966 31 20 10 0 30 7- 60- 8 45 1967 29- 7 10 0 0 20- 6-27 75- 10- 8 25-22 1968 20-15 16- 13 8 0 25- 13-40 1 5- 26- 30-70 20-15- 40 1969 20 5 10 0 45- Il 145- 6- 15-22 25-25- 10

N' dépt . 54 57 58 58 59 59 60

~n Nancy Metz Château- Nevers Dunkerque Lille Beauvais Année Chinon

195 1 20- 15 12- 15- 10 70 22- 10 0 II 10 1952 15- 45-15- 7 10- 40-16 10-27- 11 5 11 -40 5 23- 6- 6 7- 30- 7 1953 55-120 50-115 60-90- 8 35-65 65 8- 85 10-112 1954 25- 28 20- 35 10-20- 15 0 10 8- 32 8- 6 1955 280 245 225 190 90 160 135 1956 15- 12-40 10- 8-36 15- 8- 45 9-27 0 10- 5- 6 12- 5- 15 1957 20- 15 20- 7 15-15- 20 6 0 8- 8 10- 7 1958 15- 18- 16-11 10- 15- 7 7-15 18 7 13 8- 3 1959 75- 15 62- 14 80- 12 55- 7 10 35 35- 7 1960 14 5- 15 40- 8 8 0 8 8 1961 50- 1 0-1 5- 6-6 50- 15- 6 25-20- 15-12 26- 15 22- 4 35- 7- 6-7 35- 7-10 1962 20-313 13-289 7-65-205 20-50-160-22 164 8-250 10-215 1963 130- 10 110- 10 60- 17- 25-20 58-15- 20 5-10 40- 15-11 40- 18-12 1964 35- 40 30- 25 12-25- 55 14 8- 4 32- 7- 8 22- 10- 5 1965 6-120 100 80 70 5-45 10- 70 8- 75 1966 50- 6 45 7-60 40 6 16 18 1967 35- 35 25- 10-28 50-26 20- 10 0 15- 15- 5 15- 10 1968 25- 20-50 25- 16-45 12-23- 33-60 12- 17- 26 16- 7 26- 17-25 22- 10-30 1969 85- 10 65- 10 100-13- 30 22- 9- 35- 8 10- 8 24- 25-10 22- 10-20-8- 15

N' dép,- 61 62 63 64 64 66 67

~on Alençon Bou log ne- Clermont-

Biarritz Pau Perpignan Strasbourg Année sur·M er Fe rrand 1951 15 U 23- 7 - 0 0 20- 20-20 1952 6-35 0 15-65- 8 - 0 0 20- 40-20 1953 75 75 30-65 - 6-40 14 50- 125 1954 15 12- 5 0 - 0 0 25- 20 1955 95 25-75 205 - 80 13-23 15-280 1956 10-20 0 9-40 0 10 0 8- 25-50 1957 .... . . 0 0 15 0 0 0 8- 30 1958 . .... .. 0 0 20 0 0 0 15- 25-20 1959 35 14 60- 8 0 17 0 70- 15 1960 6 0 15 0 0 0 20 1961 10 25- 8 35-12 0 0 0 80- 25- 6 1962 160 166 18-60-225-11 20-12-15 30-20-32 9 50-407 1963 25-12 6- 5 70- 17- 20- 8 10 11-10 0 165- 10 1964 10 7- 5 10 0 0 0 22- 35 1965 55 5-45 60 5 10 0 120 1966 15 8 43 0 8 0 45- 10 1967 10 0 32- 8 0 10 0 30- 40 1968 10-15 10-12 14-20 0 0 0 30- 35-45 1969 6 7-10 40-17 0 0 0 125- 10

32

N" dépt. 6B 69 70 71 71 72 73

I ~on Mulhouse- Lyon Luxeuil Mâcon Mont- Le M ans Bourg-

Année Bâ le Sa int-V incent Sai nt-Maurice

195 1 45- 27 35- 10 67 10-35- 7 75 8 10-180 1952 25- 80-15- 8 7-55 20-1 10 12-50 10- 25-150 22 17-215 1953 50-135 30-65 65-130 35-70 65-105- 8 55 150 1954 25- 9- 5 0 20- 20- 5 0 20- 15- 20 6 20-110 1955 10-290- 6 195 10- 10-270 200 7- 8-250 90 20- 20-205 1956 "

8- 25-55 35 8- 15- 60 35 16- 12- 50 10- 20 25- 28- 50 1957 . - . . 8- 25- 14- 7 0 10- 15- 8-17 6 13- 16 0 10- 16- 67-33 1958 30- 15-22 10 27- 8 15 30- 15- 7 0 15- 50 1959 90- 15 60 80- 17 60- 7 80- 15 30 85 1960 10- 18 0 17- 15 5 45- 15 0 52 1961 .. - . . 65- 15-25-10 25- 12 55- 10- 25- 15 30- 12 50- 8- 25-25-15 10 25- 30 1962 50-410 23-50-220-16 50-335 30-55-200-25 30-320 40- 120-20 112-222 1963 150- 12 110 157- 10- 6 115 85- 48- 20 25- 10 65- 27- 30-12 1964 35- 40 10-20 10- 35- 40 20- 8 15- 25- 75 16 25- 49- 70 1965 7-140 70 130 70 95 45 20- 11 0 1966 .. . - .. 40- 15 45 10- 70- 12 40 8- 65- 15 14 132- 15 1967 50- 45 35-23 75- 40 30-22 55- 25- 10 9 160 1968 18- 30-52 16-25 17- 15- 30-57 6- 12- 25 13- 20- 40-60 10- 10 10- 70- 75 1969 110- 10 44 130- 15- 10 55- 6 130- 18- 35 6- 8 150- 58

N" dépt. 73 76 76 80 83 83 84

~n Chall es- Cap de Rouen Abbevill e Saint-Raphaël Toulon Orange A nnée les-Eaux La Hève

1951 107 0 5 5 0 0 -1952 105 7 10-25 15- 5 0 0 -1953 50- 60 70 90 87 0 0 6-30 1954 13 7 0 5- 5 0 0 0 1955 10-215 22-60 100 11 1 25 7-15 80 1956 20- 45 3 18-10 8- 5 0 0 0 1957 13 0 5 5 0 0 0 1958 9- 15 0 0 0 0 0 0 1959 70 18 30 30 0 0 25 1960 10 0 0 0 0 0 0 1961 25- 20 12- 7 20- 5 28- 7 0 0 0 1962 23- 52-225-17 109 137 164 0 0 35-60 1963 95 7 27-10- 5 40- 7-7 0 0 25 1964 10- 38- 30 5 10- 5 17- 7 0 0 0 1965 70 40 60 10-65 0 0 25 1966 15- 45- 8 10 13 12 0 0 15 1967 50- 9- 45 0 0 12-10-7 0 0 7 1968 7- 70- 35 8- 8 17-10-25 20-25 0 0 7 1969 70- 20- 22 7 12- 8-14-8 13-14 0 0 7

N° dépt. 86 87 89 90 93

~n Poiti ers limoges Auxerre Be lfort Paris Année Le Bourget

195 1 8 15 17- 10 80 5- 5 1952 8- 25- 6 9- 21- 12-6 8- 12-40 10- 30- 75-35 5- 30- 4 1953 10- 50 28- 50 30 - 75 65- 135 11 -100 1954 12 0 10- 5 30- 28 0 1955 115 160 200 12-265- 10 135 1956 10- 25 13- 20 10- 27 15- 25- 60 10- 15 1957 0 7 10 8- 30- 12-20-6 5- 5 1958 8 0 15 25- 20- 20 5 1959 .... . . 35 57 62- 10 80- 18 32- 5 1960 .. .. . . 10 20 10 30- 20 0 1961 15 7- 7 32- 10 63- 25- 15- 10 20- 5 1962 40-130- 9 40-11 5-12 55-167 40-374 5- 161 1963 55- 7-10 37· 12- 10 55- 10-20-10 175- 15 35- 17- 5 1964 ". 10 10- 7 20- 10 8- 35- 8-60 18- 7 1965 45 45 85 7- 6-145 75 1966 25 27 40 5- 50- 10 16 1967 15 12- 12 18- 12 55- 8- 33- 6 15- 7 1968 6- 7- 12 7- 5-20-7- 15 15- 15-30 9- 24 - 45-75 16- 7-15 1969 14- 22 9- 30- 5-7 20- 10-10 158- 9 17- 8

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