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INFORMATION TECHNIQUE STBAEmploi des matériaux bitumineux à module élevé

Cette détermination constitue une adaptation de laméthode de dimensionnement des chaussées aéro-nautiques, préalable à une évolution plus impor-tante. En effet, la méthode actuelle est essentielle-ment empirique. Elle considère principalement laprotection du sol support, le comportement desdifférentes couches du corps de chaussée étant enpartie éludé. En outre, les coefficients d’équiva-lence ne sont pas uniquement liés aux caractéris-tiques intrinsèques des matériaux.

Une réflexion est en cours pour déterminer lesétudes et expérimentations nécessaires à l’élabora-tion d’une méthode rationnelle de dimensionnement.

La présente note rappelle les principes de laméthode actuelle, présente l’expérimentation desplanches d’essais de matériaux à module élevé etpublie les coefficients d’équivalence des bétonsbitumineux à module élevé (BBME) et des enro-bés à module élevé (EME) qui permettront l’em-ploi de ces matériaux sur chaussées aéronautiques.

SERVICE TECHNIQUEDES BASESAERIENNES

La méthode française de dimensionnement des chaussées souples aéronautiques,basée sur la méthode américaine CBR, fournit une épaisseur équivalente totale dechaussée. Les épaisseurs réelles de matériaux sont déterminées en attribuant àchaque matériau un coefficient d’équivalence représentatif de ses qualités méca-niques.

Les coefficients d’équivalence ont été déterminés pour chaque type de matériausuite aux essais américains AASHO réalisés dans les années soixante aux ÉtatsUnis. Depuis, les qualités mécaniques des matériaux ont évolué, en particulier avecl’introduction de matériaux à module élevé.

Afin de permettre l’utilisation de ces matériaux sur chaussées aéronautiques il estapparu nécessaire de déterminer de nouveaux coefficients d’équivalence. À ceteffet, en collaboration avec trois entreprises françaises de BTP (Colas, EntrepriseJean Lefebvre et SCREG), le Service Technique des Bases Aériennes a réalisé desplanches d’essais expérimentales.

Emploi des matériaux bitumineuxà module élevé

NOVEMBRE 1998

Expérimentation menée par le STBA sur l’emploi des matériaux bitumi-neux à module élevé : planches d’essais, essais de portance, sondages

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INFORMATION TECHNIQUE STBAEmploi des matériaux bitumineux à module élevé

Le dimensionnement des chaussées souples uti-lise la méthode CBR mise au point par l’USCorps of Engineers pour des charges isolées, enconsidérant le critère de déformation verticalesur le sol support. Le complexe formé par le solsupport et la chaussée est assimilé à un massifsemi-infini, homogène, isotrope, de typeBoussinesq.

La méthode de calcul permet de convertir lacharge sur un atterrisseur quelconque en unecharge sur une roue simple équivalente.

La formule CBR permet de calculer l’épaisseure de chaussée pour laquelle est admissible lacontrainte verticale produite par une charge Pappliquée 10 000 fois avec une pression q uni-formément répartie sur l’aire a d’un cercle. Entoute rigueur, la formule CBR se réfère aucisaillement maximal que peut subir le sol, l’es-sai CBR étant un essai de poinçonnement.

En système de coordonnées logarithmiques por-tant P en abscisse et e en ordonnée, les abaquesfigurent un faisceau de droites CBR parallèleslorsque le CBR varie et pour une pression don-née, la formule CBR s’exprimant sous la forme :

où B est une fonction du CBR.

En fait, la formule CBR fournit une épaisseurréelle pour un massif homogène constitué par unmatériau de référence (grave non traitée, concas-sée et bien graduée et de module d’élasticitéE = 500 Mpa).

Cette épaisseur réelle du matériau de référenceest appelée épaisseur équivalente de la chausséeà dimensionner.

Dans la réalité, une chaussée souple est généra-lement composée de trois couches de matériauxprésentant des qualités mécaniques différentes :la couche de fondation, la couche de base et lacouche de surface. Les chaussées souples sontdimensionnées de manière à limiter lescontraintes dans toutes les couches et sur le solsupport. Ce dernier étant considéré comme la

log / loge P B= +1 2

zone la plus critique, le critère de dimensionne-ment utilisé est la limite admissible des défor-mations verticales sur le sol support.

La méthode postule que l’épaisseur équivalentede la chaussée est égale à la somme des épais-seurs équivalentes des différentes couches, elles-mêmes égales aux épaisseurs réelles pondéréespar un coefficient numérique représentatif dumatériau et nommé coefficient d’équivalence.

Le coefficient d’équivalence de certains maté-riaux est variable dans la mesure où le modulevarie lui-même en fonction de certains para-mètres physiques (température, fréquence desollicitations, rhéologie). Les valeurs constantesproposées pour le dimensionnement sont doncen fait des moyennes.

2

Rappels sur la méthode française de dimensionnement

Valeurs retenues pour les matériaux neufs

Béton bitumineux 2

Grave bitume 1,5

Grave traitée aux liants hydrauliques 1,5

Grave émulsion 1,2

Grave concassée bien graduée 1

Sable traité aux liants hydrauliques 1

Grave roulée 0,75

Sable 0,5

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INFORMATION TECHNIQUE STBAEmploi des matériaux bitumineux à module élevé

L’expérimentation réalisée sur le site du STBA àBonneuil-sur-Marne comprend neuf planches detests de matériaux bitumineux à module élevé(trois planches par entreprise mettant en œuvreses produits spécifiques) et une planche de réfé-rence formée d’enrobés traditionnels, aux carac-téristiques connues.

La structure des planches d’essais est la suivante :

- une couche de fondation en grave reconstituéehumidifiée (39 cm réalisée en deux couches)

- une couche de base (12 cm) en grave bitume

- une couche de roulement (6 cm) en béton bitu-mineux.

Les matériaux testés sont :

- BBA : béton bitumineux aéronautique(NFP.98.131)

- BBME : béton bitumineux à module élevé,0/10, niveau 2 d’étude, (NFP 98.141)

- GBO : grave bitume ordinaire, classe 2,(NFP.98.138)

- EME : enrobé à module élevé, 0/14, niveau 1d’étude, (NFP.98.140)

Les quatre associations de produits ont été misesen œuvre :

BBA + GBO : une planche de référence

BBME + GBO : trois planches d’essai du BBME

BBA + EME : trois planches d’essai de l’EME

BBME + EME : trois planches d’essai BBME + EME

Compte tenu des conditions de mise en œuvre, lapremière couche de GRH joue le rôle de sol sup-port et seule la seconde (soit 19 cm) est considé-rée comme couche de fondation.

Le principe de détermination des coefficientsd’équivalence est assez simple. La remorque deportance du STBA a déterminé la portance dechaque planche d’essai avec le critère de tasse-ment résiduel pris en compte habituellement(5 mm).

L’épaisseur équivalente de la planche de réfé-rence est calculée à partir des coefficientsd’équivalence classiques : 2 pour le BBA, 1,5

pour la grave bitume ordinaire et 1 pour laGRH). Connaissant la portance RSI, on peutdéterminer l’indice CBR du sol support de laplanche de référence par la méthode inverse dedimensionnement et l’étendre à l’ensemble de laplate-forme des planches d’essais.

À partir de ce CBR et des différentes charges deservice mesurées, a été déduite l’épaisseur équi-valente de chaque planche. Celle-ci étant lasomme des produits des épaisseurs réelles et descoefficients d’équivalence des matériaux, il enrésulte un système d’équations dans lequel lesinconnues (coefficients d’équivalence desBBME et EME) sont aisément calculées.

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BBA

Matériaux

BBME

EME

GBO

ENTREPRISE 1

PLANCHEDE RÉFÉRENCE

ENTREPRISE 2 ENTREPRISE 3

Structure des planches d’essais

Charges de service mesurées sur lesplanches d’essais(valeurs moyennes en tonnes RSI des trois planches)

Planches d’essais de matériaux bitumineux à module élevé

Structure Charge de service

BBME / EME 24BBA / EME 22

BBME / GBO 20Référence 18

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En conséquence et sous réserve que les produitsmis en œuvre correspondent aux spécificationsdes normes françaises, il est possible d’utiliserdans le calcul les coefficients du tableau ci-des-sus pour l’ensemble des matériaux à moduleélevé.

Ainsi, sont respectivement affectés au BBME(classe 1, NF P 98.141) et à l’EME (classe 2, NFP 98.140) les coefficients 2,5 et 1,9. Le BBMEsera utilisé en couche de roulement et l’EME encouche de base.

Les coefficients retenus pour les BBME et EMEsont supérieurs à ceux des BBA et GBO.

Ainsi, l’emploi de ces enrobés spéciaux dans laconstruction ou le renforcement des chausséesaéronautiques permettra généralement uneréduction d’épaisseur réelle des structures. Lesépaisseurs devront cependant respecter les mini-ma recommandés pour leur mise en œuvre dansles chaussées aéronautiques.

S’agissant du BBME utilisé en couche de roule-ment, il conviendra de respecter également lescaractéristiques de surface (macrotexture, adhé-rence) tel que définies dans la norme des bétonsbitumineux pour chaussées aéronautiquesNFP 98.131.

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Textes de référenceInstruction sur le dimensionnement des chausséesd’aérodromes et la détermination des chargesadmissibles : volumes 1 et 2 (STBA, 1983)BBA: béton bitumineux aéronautique (NFP98.131)BBME:béton bitumineux à module élevé(NFP98.141)EME: enrobé à module élevé (NFP 98.140)GBO: grave bitume ordinaire (NFP 98.138)GRH: grave reconstituée humidifiée (NFP98.129)

Autres abréviationsAASHO :American Association of State

Highway OfficialsCBR : indice portant californien (Californian

Bearing Ratio)RSI : roue simple isolée

Matériaux Coefficient d’équivalence Type de couche

BBME (classe 1, NF P 98.141) 2,5 roulement

EME (classe 2, NF P 98.140) 1,9 base

Tableau des coefficients d’équivalence des matériaux à module élevé

MINISTERE DE L'EQUIPEMENTDES TRANSPORTS ET DU LOGEMENT

31 AV. DU MARECHAL LECLERC 94381 BONNEUIL-SUR-MARNE CEDEXTEL. 01 49 56 80 00 - FAX 01 49 56 82 19

DIRECTION GENERALE DE L'AVIATION CIVILE

SERVICE TECHNIQUEDES BASESAERIENNES

Rédacteur / renseignements : département Génie civil et pistesÉric Parize, Tel : 01 49 56 80 92 - Fax : 01 49 56 82 64

ISBN 2-11-088735


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