Pavement Design Reference

Effets des essieux multiples sur les chausses bitumineuses

Clture de lopration de recherche PLINFRA La Dfense 6 Novembre 2012

P. Hornych , J.-M. Balay, J.-M. Piau

2/22

Plan de lexpos Nouveau modle de fatigue pour chausses bitumineuses (thse Farah Homsi, 2011)

Rappels : prise en compte des charges dans la mthode usuelle de dimensionnement des chausses routires Besoins dvolution Nouvelle loi de fatigue multi-pics pour EB Son utilisation dans les calculs de fatigue des chausses bitumineuses Applications & perspectives

Effet des charges en haut de chausse (thse Damien Grellet, en cours)

Observations du fonctionnement des interfaces & modlisation Des impacts encore valuer

3/22

Rappels: principaux mcanismes dendommagement des chausses bitumineuses

Passages rpts des poids lourds

Ornirage par fluage de la couche

de roulement

Fissuration par fatigue des

couches dassise

Ornirage par affaissement/plastification du sol support

Rappels: prise en compte des charges dans la mthode usuelle de dimensionnement des chausses

Confrontation rsistance fatigue EB max labo vs dformation maximale de la chausse, calcule sous charge max calcul En labo: valuation de la tenue en fatigue des matriaux bitumineux, par essais de flexion alterne grand nombre de cycles (dpendance temporelle = sinus)

fonction puissance dcroissante entre max labo & Nfatigue Calcul de max calcul:

Chausse ~ multicouche lastique sous essieu standard (jumelage 13t)

Prise en compte des vraies charges PL par histogrammes de classes de silhouettes (jumelages, tandem, tridem,) et poids des groupes dessieux

Trafic ramen en silhouette et charge, au passage dessieux standards

Utilisation de coefficients pour les essieux multiples

Coefficients K -1/b Essieu simple

Essieu tandem

Essieu tridem

Structure bitumineuse

5 1 0,75 1,1

Structure hydraulique

12 1 12 113

5/22

Besoins dvolution de la mthode de dimensionnement routire

Forte volution des silhouettes PL et de leur frquence, depuis llaboration de la mthode de dimensionnement des chausses

Evolutions rglementaires rcentes ou en dbat des caractristiques PL autorises

poids maximaux totaux, poids/essieux, silhouettes

Autres domaines : -charges aronautiques (nouveaux avions)

-charges complexes sur plates-formes industrielles ou logistiques

-

Remises en question abordes travers lOR PLINFRA :

passage systmatique par charge standard fatigue sous sollicitation temporelle sinusodale

6/22

Signaux dformation sous chargements multi-essieux versus sinus ?

Objectif : R-valuer lendommagement en fatigue produit par les chargements multi-essieux, par une approche plus raliste des vritables sollicitations (dformation, contraintes) subies par les matriaux (EB) au passage des PL

-100

0

100

200

300

3.1 3.3 3.5 3.7 3.9Temps (s)

Df

orm

atio

n (

m/m

)

Signal longitudinal Signal transversal

P

Sollicitations de fatigue dans les couches dassise

Recherche de paramtres supplmentaires ayant une influence

sur la dure de vie en fatigue

Signal de dformation rel difficilement

assimilable un sinus

7/22

Etape 1: Recherche dune loi de fatigue multi-pics des EB

-100-50

050

100150200250

3.1 3.3 3.5 3.7 3.9

Temps (s)

Df

orm

atio

n (

m/m

)


2009-05-07-P1-P06-v06tmoyenne = 26.6 C

Essais de fatigue de

laboratoire avec signaux

multi-pics

Nouveau modle de

fatigue

Etude paramtrique

de signaux mesurs

Base de donnes essais Mange

Dmarche adopte

8/22

Essai sur le mange de fatigue de lIFSTTAR avec charges multiples

(fvrier 2009 juin 2009)

Signaux longitudinaux et transversaux A la base de la couche de grave bitume Deux structures de chausses Essieu simple, Tandem et Tridem 4 km/h < V < 50 km/h Charge Roue = 42,5 kN 4C < Tmoyenne Grave bitume < 38 C

Constitution dune base de donnes de signaux de dformation

Base de donnes avec conditions de chargement et de temprature variables > 2000 signaux traits ( >1000 signaux par structure) > 660 signaux par configuration


Analyse statistique en composantes principales des signaux de dformation : Identification de 4 paramtres indpendants caractrisant la forme des signaux

Paramtres

max : Niveau de dformation

Np: Nombre de pics

D: Dure du signal divise par le nombre de pics

n: Taux de remplissage du signal

D3

(

m/m

)

1 2 3

D3An

Temps (s)

Plan dexprience dessais de fatigue en laboratoire : 12 formes de signaux 3 niveaux de dformations 84 essais au total (banc dessai pot vibrant)

Matriau : Grave Bitume classe 3 de rfrence, temprature 20C

max

max

_


log(Nf) = -a log max - b log Np + c n + d D +e

Modle de fatigue multilinaire

X Np

10/22

Application du nouveau modle de fatigue

Pour un PL, modle de calcul de chausses Aliz ou ViscoRoute

(Elasticit ou viscolasticit linaire)

max = Np = n = D =

-20

20

60

100

140

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5Temps (s)

Df

orm

atio

n (

m/m

)


Signaux de dformation thoriques

Traitement des signaux

Dure de vie en fatigue

Calcul des 4 paramtres dentre du

modle de fatigue

Nouveau modle de

fatigue +

Balayage +

Principe de Miner

Etape 2 : Utilisation de la nouvelle loi pour le calcul de la fatigue des chausses

Histogrammes classes PL & charges

11/22

Applications de la nouvelle loi de fatigue + intgration dans codes de calcul

Elaboration de nouvelles mthodes de dimensionnement: Nouvelle mthode de dimensionnement des chausses

aronautiques (en cours de test par le STAC)

Calcul des structures pour trafics spciaux

Domaine routier : Ncessite une rvision importante dautre pans de la

mthode existante (essieu standard, coefficients de calage, balayage,)

A voir dans le cadre de lIDDRIM ? Applications ponctuelles possibles

12/22

100%126% 133%

0%20%40%60%80%

100%120%140%160%

1 2 3Nombre d'essieux

Cha

rge

tota

le ro

ulan

te

rela

tive

(%)

Exemple 1 : effet du nombre dessieux sur la charge maximale transportable au cours de la dure de vie thorique dune chausse Hyp: mme charge la roue (32,5 kN), configurations roulant la vitesse de 70 km/h sur structure bitumineuse paisse

A mme endommagement, les configurations dessieux multiples permettent de transporter plus de charge que les configurations dessieux simples.

Exemples dapplication routire (1/2)

13/22

Comparaison T2S3 40t versus T2S3 44t

100% 107%

77% 85%80%86%

100% 106%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

1 2 3 4Type de PL

Char

ge to

tale

tran

spor

te

rela

tive

(%)

Structure mince Structure paisse

T2S3 400 kN

T2S3 400 kN Pressions faibles

T2S3 440 kN T2S3 440 kN Pressions faibles

Ratio silhouettes PL ~(40/44)2.5

Perspective : essai Mange de validation en vraie grandeur des effets charges et silhouettes PL (SETRA/IFSTTAR)

Exemples dapplication routire (2/2)

14/22

Effet des charges en partie haute de chausse

De nombreux mcanismes de dgradation affectent les couches de surface :ornirage, arrachements, fissuration par le haut, fissuration thermique,

Besoin de mieux connaitre les sollicitations mcaniques (et autres: thermiques, hydriques,) dans les couches de surface

15/22

Effet des charges en partie haute de chausse Etude exprimentale : Mesure des dformations dans les couches de roulement au moyen de capteurs fibres optiques Collaboration Universit Laval, Qubec (thse de D. Grellet)

Deux types de capteurs

Carotte instrumente:

La carotte est prleve sur place, instrumente puis scelle sur site.

paisseur 5 mm, quipe de plusieurs jauges fibres optiques, verticales et horizontales - Mise en place par un trait de scie.

Plaque instrumente:

16/22

Effet des charges en partie haute de chausse

Pose de linstrumentation aprs construction de la chausse Dure de vie suprieure au million de chargements

Mise en place des capteurs fibres optiques

17/22

Structure instrumente sur mange de fatigue

8 cm BB couche daccrochage

9 cm GB couche daccrochage 8 cm GB 20cm grave non traite (GNT) sol

Couches daccrochage GB/GB et GB/BB bonne qualit, rpandeuse, mulsion 300g/bitume pur rsiduel

mesures prsentes > 1 an, 150 000 passages

L,T

Dformations mesures de part et dautre de linterface GB/BB pour 2 conditions de temprature distinctes

-10

-5

0

5

10

3,2 3,4 3,6 3,8 4 4,2

t (s)

mic

rost

rain

eps Leps T

contraction

extension

-100

0

100

200

300

3,1 3,3 3,5 3,7 3,9 4,1

t (s)

mic

rost

rain

eps Leps T

contraction

extension

-30

-20

-10

0

10

3,6 3,8 4 4,2 4,4 4,6

t (s)

mic

rost

rain

eps LepsT no signal

contraction

extension

-500-400-300-200-100

0100

3,6 3,8 4 4,2 4,4 4,6

t(s)m

icro

stra

in

eps Leps T

contraction

extension

interface ~22C Interface ~ 42C

Trs diffrent hyp. usuellement admise

19/22

Le calage inverse des mesures conduit : modliser les interfaces, comme des couches de matriaux intercalaires,

dpaisseur millimtrique possdant une rigidit dun ordre de grandeur gal la rigidit du

bitume, mesure temprature in situ Ceci revient plus ou moins, prendre explicitement en compte les

couches daccrochage, dans les modles de chausse

Modlisation et inversion des mesures

Matriau intercalaire : 2 mm, E ~ Ebitume()

GRH : 24,5 cm

20/22

Comparaison des schmas de dformation horizontales : coll vs intercalaires

Profil vertical de dformation horizontale (modle lastique)

-0.3

-0.25

-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0-200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200

z(m)

Extension Contractiondef

Profil vertical de dformation horizontale (modle lastique)

-0.3

-0.25

-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0-200 -100 0 100 200 300

z(m)

Extension Contractiondef

BB

GB

GB

BB

GB

GB

Hypothse usuelle :

couches de chausse directement colles

entre elles

Hypothse avec couches intercalaires

21/22

Le dimensionnement actuel des chausses est cal sur lhypothse dinterface colle entre couches bitumineuses

Si les observations mange savrent gnralisables (ex: A75) , le

fonctionnement rel des chausses temprature leve pourrait tre significativement diffrent des modles usuels (notamment en haut de chausse)

Des effets mcaniques encore valuer :

fatigue des couches dassise fatigue des couches de surface et la fissuration par le haut fonctionnement et laction des matriaux intercalaires (ex: gogrilles) passage rapproch dessieux multiples

Fonctionnement des interfaces : incidence ?

Clture de lopration de recherche PLINFRA La Dfense 6 Novembre 2012

Merci

Diapositive numro 1Diapositive numro 2Rappels: principaux mcanismes dendommagement des chausses bitumineusesDiapositive numro 4Diapositive numro 5Diapositive numro 6Diapositive numro 7Diapositive numro 8Diapositive numro 9Diapositive numro 10Diapositive numro 11Diapositive numro 12Diapositive numro 13Diapositive numro 14Diapositive numro 15Diapositive numro 16Structure instrumente sur mange de fatigueDformations mesures de part et dautre de linterface GB/BB pour 2 conditions de temprature distinctes Modlisation et inversion des mesuresDiapositive numro 20Diapositive numro 21Diapositive numro 22

Documents

Pavement Design Reference