Prise en compte du gel/dégel 1re partie : Généralités ... · • Calculer un indice de gel NF P 98-080.1 Chaussées terrassement – Terminologie – Annexe A.2 : calcul des

Prise en compte du gel/dégel1re partie : Généralités :Les effets du gel/dégel

Caroline Mauduit

Responsable de l’unité AGMI : Assistance à la Construction et à la Maintenance des Infrastructures

Plan

1. La problématique des chaussées en hiver

2. Le comportement des sols soumis au gel et au dégel

3. La caractérisation des hivers

Les chaussées pendant l’hiver – problématique

1. La problématique des chaussées en hiver

• Évolution de la température• Propagation du gel dans les chaussées• Comportement mécanique des chaussées durant

l’hiver


3


Corps de chaussée

Sol support


Corps de chaussée

Sol support


• En résumé– Les réseaux pouvant poser des problèmes

• Des réseaux faiblement dimensionnés• Des profondeurs de gel moyennes affectant les

matériaux sensibles au gel• Des charges importantes appliquées au moment

du dégel


Déflexion 1/100mm)

O N D J F M A M J J A S

29

35

40

25

20

• Variation saisonnière de la portance

Ex sur une structure bitumineuse

15

anomalie


• Si le gel pénètre le corps d’une chaussée faiblement dimensionnée sur un sol support gélif

Si les charges

appliquées au dégel sont

trop importantes


• Les chaussées à la sortie de l’hiver, un exemple malheureux

Hiver 1970-71

Comportement des sols soumis au gel et au dégel

2. Comportement au gel des sols soumis au gel et dégel

– Les mécanismes se développant dans les sols fins

– L’essai de gonflement au gel

• Les phénomènes de gel et de dégel affectent les propriétés mécaniques des chaussées selon deux processus disjoints et complémentaires :

– La gélifraction

– La cryosuccion


• La gélifraction

• La gélifraction un phénomène qui se traduit par la rupture des grains ou des liaisons inter granulaires sous l’action des contraintes thermiques et/ou des forces développées par la congélation de l’eau et son accroissement de volume.

• La notion de « gélivité » est en général associée aux essais de gélifraction des roches

Essais gel / dégel• granulats• matériaux d’enrochement• assises traités• pavés• pierres naturelles• tuiles


• La succion cryogénique• La succion cryogénique est un phénomène de dépression et d’aspiration d’eau

qui se développe au niveau de l’interface eau-glace. La dynamique du changement d’état eau liquide-glace créé un champ de pression qui entraîne l’eau vers la zone de congélation

• Le terme de « sensibilité au gel », est généralement employé pour les essais de gonflement au gel



• Suivant les sols, le gel désorganise ou non le squelette du matériau par le phénomène de succion cryogénique


• Comportement des sols soumis au gel et au dégel

Front de gel –lentille de glace

Pénétration du gel dans le sol

Succion cryogénique


• Les facteurs influant la sensibilité au gel des sols– Les caractéristiques du sol

– Granularité – Perméabilité– Nature physico-chimique– État (teneur en eau, densité, degré de saturation)

– Les facteurs extérieurs– Conditions climatiques (durée du gel, vitesse de pénétration)

– Possibilités d’alimentation en eau (présence d’une nappe phréatique, position par rapport au front de gel, drainage)


• Apprécier le comportement au gel des solsNF P 98-234.2 « Essai de gonflement au gel des sols et des matériaux

granulaires traités ou non de D≤20 mm »

• Principe de l’essai


• La relation liant le gonflement du sol et l’indice de gel appliqué à sa surface

– Massif semi infini– Pénétration unidimensionnelle du front de gel


• La relation liant le gonflement du sol et l’indice de gel appliqué à sa surface

0

10

20

30

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41

Très gélifPeu gélifNon gélif

Classification

0

5

10

15

20

25

30

0 10 20 30 40

CraieLimonSable gréseuxArgileMarne altéréeMarneSable propre

Matériaux

Indice de gel(°C x h) 1/2

Gonflement (mm)

Résultats obtenus à l'essai de gonflement


• Les trois classes de sensibilité au gelNF P 98-080.1 Chaussées terrassement – Terminologie – terminologie

relative au calcul des dimensionnement des chaussées

0,05 0,40 pente en mm/ (°Cxh)1/2

SGn SGp SGt

avec SGn : sols non gélifsSGp : sols peu gélifsSGt : sols très gélifs

Comportement des sols soumis au gel et au dégel • Il existe 2 installations

en France permettant de tester des matériaux de granulométries différentes

•Schéma de l’installation de gonflement au gel

Caractérisation des hivers

3. Caractérisation des hivers

• L’indice de gel• Les hivers en France• Les hivers de référence pour le dimensionnement

des chaussées


• Caractérisation des hiversNF P 98-080.1 Chaussées terrassement – Terminologie – terminologie

relative au calcul des dimensionnement des chaussées

• Indice de gel = l’image de la durée du gel et de son intensité

=I -∫ °t

dtCT0

)(

Indice de gel

Ig

-10-50

5

10

Temps

tem

pé

ratu

re

(°C)

-7.5

-5

-2.5

0

2.5

5

7.5

10


• Calculer un indice de gelNF P 98-080.1 Chaussées terrassement – Terminologie – Annexe A.2 : calcul des

indices de gel pour le dimensionnement des chaussées

-6 0

-4 0

-2 0

0

2 0

4 0

Température (°C)

Indice de gel (°Cxj)jours

joursIG1 = -37 °Cxj IG2 = -49 °Cxj

ID1 = 28 °Cxj

IG cumulé = -37+28-49 = -58°Cxj


Les dégâts prévisibles pour une chaussée peuvent être caractérisés par le diagramme de Kübler :

0

50

100

150

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Nombres de jours

Indi

ce d

e ge

l

MOYEN

GRAVE

LEGER

LIGNE K


• Les hivers de référence

Deux hivers caractéristiques• Les hivers

exceptionnels (HE)• Les hivers rigoureux

non exceptionnels (HRNE)

HEHRNE

Caractérisation des hivers• Carte de France des indices de gel de référence

Questions

Documents

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